WO2021242061A1 - Electroosmotic pump, method for manufacturing electrode, fluid pumping system using same, and method for operating same system - Google Patents

Abstract

An electroosmotic pump according to one embodiment of the present invention comprises: a membrane allowing the movement of a fluid; and first and second electrodes respectively provided on both sides of the membrane, wherein the first and second electrodes are electrodes made of a non-porous substrate material and an electrode material coated thereon, and have at least one fluid passage formed therein, and wherein the fluid moves through the fluid passage by means of an electrochemical reaction between the first and second electrodes.

Description

전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법Electroosmotic pump, electrode manufacturing method, fluid pumping system using same, and operating method of the same

본 발명은 전기삼투펌프, 전극의 제조방법, 이를 이용한 유체 펌핑 시스템 및 그 시스템의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an electroosmotic pump, a method of manufacturing an electrode, a fluid pumping system using the same, and a method of operating the system.

전기삼투펌프는 다공성막(다공성멤브레인)의 양단에 전극을 이용하여 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용한 펌프이다.The electroosmotic pump is a pump using the movement of fluid by the electroosmotic phenomenon that occurs when voltage is applied using electrodes on both ends of a porous membrane (porous membrane).

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성막을 통하여 유체가 이동하는 전기삼투펌프의 작용을 설명하기 위한 도면이다. 다공성막은 유체가 흐를 수 있는 수 없이 많은 공간이 있는데, 이 중 하나는 도1a의 아래와 같이 도시된다.1A is a view for explaining the action of an electroosmotic pump in which a fluid moves through a porous membrane according to an embodiment of the present invention. The porous membrane has countless spaces through which a fluid can flow, one of which is shown below in FIG. 1A.

다공성막의 재료로는 일반적으로 실리카(silica), 유리(glass) 등이 사용되는데, 이들은 수용액에 담겨 있게 되면 표면이 음전하를 띠게 된다. 이 상태에서 전압을 가하면 (+)전극부로부터 (-)전극부로 유체의 이동이 일어나게 된다(도1a의 윗 그림). 다공성막에는 수 많은 유체가 지나갈 수 있는 경로가 있는데, 이 중 하나를 확대해 보면 음전하(bound anion)를 띤 유체통로의 표면은 움직일 수 있는 (+)전하를 가진 양이온(mobile cation)에 의해 전하균형을 맞추어 준 상태가 될 것이다. 이런 상황에서 전압을 가해주면 (+)전극부 쪽에서 (-)전극부 방향으로 이동성 양이온(mobile cation)이 표면을 따라 이동하면서 이에 따라 수소결합 네트워크로 연결된 유체 전체가 미끄러지듯이 흘러가는 현상이 생기는데 이를 전기삼투현상이라 하고, 이 원리를 이용한 펌프가 전기삼투펌프이다.As a material of the porous membrane, silica, glass, etc. are generally used, and when these are immersed in an aqueous solution, the surface becomes negatively charged. When a voltage is applied in this state, the fluid moves from the (+) electrode part to the (-) electrode part (upper figure in Fig. 1a). In a porous membrane, there are pathways through which a number of fluids can pass. If you enlarge one of them, the surface of the fluid pathway with a negative charge is charged by a mobile cation with a movable (+) charge. It will be in a state of balance. When voltage is applied in this situation, mobile cations move along the surface from the (+) electrode side to the (-) electrode side, and accordingly, the entire fluid connected through the hydrogen bond network slides and flows. It is called electroosmotic phenomenon, and a pump using this principle is an electroosmotic pump.

도1a를 참조하면, 전기삼투펌프에 활용되는 전극은 유체의 이동을 원활하게 하기 위해 다공성 전극인 백금망(Pt mesh), 다공성 탄소 종이 혹은 섬유(carbon paper or carbon cloth), 또는 다공성 구조 위에 코팅된 다양한 전극 물질들이 활용되고 있고, 이를 이용하여 실리카 등으로 구성된 다공성 막을 사이에 두고 전압을 걸어주면 이에 따른 유체의 이동이 있게 된다.Referring to Figure 1a, the electrode used in the electroosmotic pump is coated on a porous electrode such as Pt mesh, porous carbon paper or carbon cloth, or a porous structure to facilitate fluid movement. Various electrode materials are used, and when a voltage is applied across a porous membrane made of silica or the like using this, the fluid moves accordingly.

일반적으로 전기삼투펌프의 전극은 유체의 이동을 원활하게 하기 위해 주로 다공성 구조를 가진 전극기저물질이 활용되어 왔는데, 이 경우 다공성 형태가 가능한 전극 구조체 혹은 그 위에 전착(electroplating) 등의 방법으로 코팅(coating) 혹은 개질(modification) 가능한 물질로 전극물질의 활용이 제한되어 왔다. 반면, 비투과성 기저물질에 적용하기 유용한 드롭코팅, 스핀코팅 등의 방법으로 가능한 훨씬 다양한 전극물질의 사용은 제한되어 왔다.In general, the electrode of the electroosmotic pump has been mainly used with an electrode base material having a porous structure in order to facilitate the movement of the fluid. coating) or a material that can be modified, the use of electrode materials has been limited. On the other hand, the use of a wide variety of electrode materials possible by methods such as drop coating and spin coating useful for application to impermeable base materials has been limited.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는 기존의 전기삼투펌프의 다공성 전극부의 구성을 비투과성 기저물질 위에 구성된 다양한 전극재료로 대체한 전기삼투펌프를 제시하고자 한다.In order to solve this problem, an embodiment of the present invention proposes an electroosmotic pump in which the configuration of the porous electrode part of the conventional electroosmotic pump is replaced with various electrode materials configured on an impermeable base material.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may further exist.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프는 유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및 멤브레인의 양측에 각각 마련된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되, 제1 전극 및 제2 전극은 비투과성 기저물질(non-porous substrate material)과 그 위에 코팅된 전극 물질로 이루어진 전극으로서, 적어도 하나 이상의 유체 이동 통로가 형성된 것이고, 제1 전극 및 제2 전극의 전기화학 반응에 의해, 유체 이동 통로를 통해 유체가 이동한다.As a technical means for achieving the above-described technical problem, the electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention is a membrane that allows the movement of the fluid; and first and second electrodes respectively provided on both sides of the membrane, wherein the first and second electrodes are made of a non-porous substrate material and an electrode material coated thereon, at least One or more fluid passages are formed, and the fluid moves through the fluid passageways by an electrochemical reaction between the first electrode and the second electrode.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법은 비투과성 기저물질로 이루어진 판상형 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계 및 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention includes forming one or more fluid passageways on a plate-shaped substrate made of an impermeable base material, and coating the electrode material on the substrate do.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법은 비투과성 기저물질로 이루어진 판상형 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계 및 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention includes the steps of coating an electrode material on a plate-shaped substrate made of an impermeable base material and forming one or more fluid passageways on the substrate do.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌핑 시스템은 전기삼투펌프; 전기삼투펌프의 일측에 구비되어 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 격리재; 제1 격리재의 일측에 구비되어, 제1 격리재의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버; 및 전기삼투펌프의 타측에 구비되어, 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2 격리재를 포함한다.A fluid pumping system according to another embodiment of the present invention includes an electroosmotic pump; a first insulating material provided on one side of the electroosmotic pump, the shape of which is deformed as positive pressure and negative pressure are alternately generated; a transfer chamber provided on one side of the first isolation material to suck and discharge the transfer target fluid in response to the deformation of the first isolation material; and a second insulating material provided on the other side of the electroosmotic pump, the shape of which is deformed as positive pressure and negative pressure are alternately generated.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌핑 시스템의 동작 방법은 (a) 제17항에 따른 유체펌펑 시스템 중 전기삼투펌프의 제 1 전극 및 제 2 전극에 전압을 공급하는 단계; 및 (b) 전기삼투펌프의 구동에 따라, 유체 펌핑 시스템의 제1 격리재의 적어도 일부가 전진 및 후진 이동하여 제1 격리재의 일측에 구비된 이송 챔버로 이송대상유체를 흡입 및 토출시키는 단계를 포함한다.A method of operating a fluid pumping system according to another embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) supplying a voltage to a first electrode and a second electrode of an electroosmotic pump of the fluid pumping system according toclaim 17; And (b) according to the driving of the electroosmotic pump, at least a portion of the first insulating material of the fluid pumping system moves forward and backward to suck and discharge the fluid to be transferred into a transfer chamber provided on one side of the first insulating material. do.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 기존의 전기삼투펌프에서의 전극으로는 유체의 원활한 이동을 위해 백금망(Pt mesh), 다공성 탄소 종이 혹은 섬유 (carbon paper or carbon cloth) 등을 기반으로 하는 다공성 전극만 활용되었는데, 적어도 하나 이상의 유체 이동 통로가 형성된 비투과성 전극기저물질을 활용하게 되어 드롭코팅이나 스핀코팅이 가능한 다양한 전극물질을 활용한 전기삼투펌프의 구성이 가능하다. According to the problem solving means of the present invention described above, the electrode in the conventional electroosmotic pump is based on platinum mesh, porous carbon paper or fiber (carbon paper or carbon cloth) for smooth movement of fluid. Only porous electrodes have been used, but since at least one non-permeable electrode base material with at least one fluid passage is used, it is possible to construct an electroosmotic pump using various electrode materials that can be drop-coated or spin-coated.

더불어, 훨씬 다양한 전극 물질을 다양하게 전극표면에 코팅할 수 있는 확장성을 보여줄 뿐 아니라, 기판(susbstrate)을 집전체로 바로 사용할 수 있도록 해 주어 전기삼투펌프 구성의 단순성을 제공해 준다.In addition, it not only shows the scalability of coating a wide variety of electrode materials on the electrode surface in a variety of ways, but also provides the simplicity of the electroosmotic pump configuration by allowing the substrate to be directly used as a current collector.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성막을 통하여 유체가 이동하는 전기삼투펌프의 작용을 설명하기 위한 도면이다.1A is a view for explaining the action of an electroosmotic pump in which a fluid moves through a porous membrane according to an embodiment of the present invention.

도 1b는 다공성 전극을 사용한 기존 전기삼투펌프 구성을 도시한 도면이다.Figure 1b is a view showing the configuration of a conventional electroosmotic pump using a porous electrode.

도 2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비투과성 전극을 사용한 전기삼투펌프 구성을 도시한 도면이다.2A and 2B are diagrams illustrating the configuration of an electroosmotic pump using an impermeable electrode according to an embodiment of the present invention.

도 2c 및 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 도2a의 전기삼투펌프를 이용하는 유체 펌핑 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.2C and 2D are diagrams illustrating the configuration of a fluid pumping system using the electroosmotic pump of FIG. 2A according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트를 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 Ti 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 3의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.3 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the Ti electrode for 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 (b) ) is the pressure response graph under the same conditions.

도 4의 (a)는 본 발명의 일시예에 따른 유체 이동 통로의 수를 1, 2, 5개로 달리한 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 4의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 4 (a) is in the electroosmotic pump implemented as an electrode drop-coated RuOx on a Ti plate in which the number of fluid passageways is varied to 1, 2, or 5 according to an embodiment of the present invention, 2.5 V is applied to both ends of the electrode. It is a graph of the current response when it is changed by 30 seconds, and Fig. 4 (b) is a graph of the pressure response under the same conditions.

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅하는 양을 1.05mg, 2.10 mg, 3.15 mg으로 조절하여 만든 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 5의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 5 (a) is an electroosmotic pump implemented with an electrode made by adjusting the drop-coating amount of RuOx on the Ti plate according to an embodiment of the present invention to 1.05 mg, 2.10 mg, 3.15 mg, 2.5 V is applied to both ends of the electrode It is a graph of the current response when it is changed for 10 seconds each, and Fig. 5 (b) is a graph of the pressure response under the same conditions.

도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 MnOx을 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 6의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 6 (a) is a graph showing the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which MnOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. 6(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 철(III) 헥사시아노페레이트를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류와 압력응답 그래프이고, 도 7의 (b)는 Ti 플레이트에 NiHCF를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류와 압력 응답 그래프이다.7 (a) is an electroosmotic pump implemented with an electrode drop-coated with iron (III) hexacyanoferrate on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. is a graph of the current and pressure response when am.

도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 분사법으로 IrOx을 코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 8의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.8 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented with an electrode coated with IrOx by spraying on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. , Figure 8 (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 9 의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.9 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. Figure 9 (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가로 4 mm, 세로 8 mm의 유체 이동 통로를 뚫은 Ti 플레이트 전극 기판을 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view showing a Ti plate electrode substrate having a fluid passage of 4 mm in width and 8 mm in length according to an embodiment of the present invention.

도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 큰 유체 이동 통로를 뚫고 RuOx를 전착한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 11의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 11 (a) shows the current when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is electrodeposited through a large fluid passage in the Ti plate according to an embodiment of the present invention. It is a response graph, and (b) of FIG. 11 is a pressure response graph under the same conditions.

도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 12의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 12 (a) is a graph of the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode by 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. Figure 12(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 13의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ni 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 13의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.13 (a) is a graph of the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode by 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop-coated on a Ni plate according to an embodiment of the present invention. 13(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 14의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트 위에 RuOx를 드롭코팅한 열압착하지 않은 전극이고, 도 14의 (b)는 Ti 플레이트 위에 RuOx을 드롭코팅한 후 열압착기를 이용하여 열압착한 전극을 도시한 것이다.Figure 14 (a) is a non-thermocompression-bonded electrode in which RuOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. Thus, the thermocompression-bonded electrode is shown.

도 15의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx 를 드롭코팅 후 열압착한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 15의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.15 (a) is a graph of the current response when changing 2.5 V to both ends of the electrode for 10 seconds each in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention and then thermocompressed. and FIG. 15 (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.16A and 16B are flowcharts for explaining a method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌핑 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.17 is a flowchart illustrating an operating method of a fluid pumping system according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement them. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" with another element interposed therebetween. include

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout the present specification, when a member is said to be “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members.

본 발명 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 발명 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.Throughout the present specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. As used throughout this specification, the terms "about", "substantially", etc. are used in or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and are used in the meaning of the present invention. It is used to prevent an unscrupulous infringer from using the disclosure in which exact or absolute figures are mentioned for better understanding. As used throughout the present specification, the term "step for (to)" or "step for" does not mean "step for".

먼저, 본 발명에서의 비투과성의 정의는 액체나 가스가 통과할 수 있는 틈이나 구멍이 없는 것으로서, 메쉬구조 물질, 폼타입의 물질, 카본 페이퍼, 여러 입자를 집합시킨 구조체 등 다공성 물질과는 상이한 성격을 가진다. 본 발명에서는 판상형으로 형성된 비투과성 기저물질에 전극 물질을 코팅하여 형성한 전극에 유체 이동 통로를 형성하여, 유체가 전극과 멤브레인을 통과할 수 있도록 구성한다. 종래는 다공성 기저물질에 전극 물질을 코팅하는 형태로 전극을 제조하였기 때문에, 다양하지 못한 다공성 기저물질을 기반으로 공정을 처리해야하는 어려움이 있었으나, 본 발명에 따르면 다양한 종류의 비투과성 기저물질을 이용하여 전극을 형성하므로, 공정의 자유도가 높아질 수 있고, 전극의 제조 비용도 절감할 수 있다.First, the definition of impermeability in the present invention is that there is no gap or hole through which liquid or gas can pass, and it is different from a porous material such as a mesh structure material, a foam type material, carbon paper, a structure in which several particles are aggregated, etc. have character In the present invention, a fluid passage is formed in an electrode formed by coating an electrode material on an impermeable base material formed in a plate shape so that the fluid can pass through the electrode and the membrane. Conventionally, since the electrode was manufactured in the form of coating the electrode material on the porous base material, there was a difficulty in processing the process based on the non-variable porous base material. Since the electrode is formed, the degree of freedom of the process may be increased, and the manufacturing cost of the electrode may be reduced.

(예 1) 기존의 다공성 전극을 이용한 전기삼투펌프의 구성과 본 발명의 비투과성 전극을 이용한 전기삼투펌프의 구성 비교(Example 1) Comparison of the configuration of the electroosmotic pump using the conventional porous electrode and the configuration of the electroosmotic pump using the non-permeable electrode of the present invention

도 1b는 다공성 전극을 사용한 기존 전기삼투펌프 구성을 도시한 도면이다.Figure 1b is a view showing the configuration of a conventional electroosmotic pump using a porous electrode.

일 예로 도시된 바와 같이 기존의 전기삼투펌프(electroosmotic pump, EOP)는 다공성 실리카 멤브레인(porous silica membrane)을 중심으로 양 옆에 각각 1개씩의 다공성 전극, 은 컨택 스트립(Ag contact strip), 지지용 프레임(frame)을 차례로 연결한 후, 에폭시(epoxy)를 이용하여 고정하여 제작된다.As shown as an example, the conventional electroosmotic pump (EOP) has one porous electrode on each side of a porous silica membrane, one silver contact strip, and one for support. After connecting the frames in sequence, they are manufactured by fixing them using epoxy.

도 1a 및 1b를 참조하면, 기존의 전기삼투펌프는 유체가 이동하여야 하는 유체경로부(19)에 설치되는 다공성 실리카 멤브레인(11), 멤브레인(11)의 양측에 각각 마련된 다공성 전극(13, 15), 각 전극을 연결하여 전원 전달하는 컨택 스트립(20) 및 지지용 프레임(30)을 포함한다. 컨택 스트립(20)은 전원공급부(17)와의 연결부재를 구비하여, 펌프 외부에 구비된 전원공급부(17)로부터 공급된 전원을 다공성 전극(13, 15)으로 전달한다.1A and 1B, in the conventional electroosmotic pump, theporous silica membrane 11 installed in thefluid path part 19 where the fluid needs to move, and theporous electrodes 13 and 15 provided on both sides of themembrane 11, respectively. ), and acontact strip 20 and asupport frame 30 for transmitting power by connecting each electrode. Thecontact strip 20 is provided with a connection member with thepower supply unit 17, and transmits the power supplied from thepower supply unit 17 provided outside the pump to theporous electrodes 13 and 15.

도 2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 비투과성 전극을 사용한 전기삼투펌프 구성을 도시한 도면이다.2A and 2B are diagrams illustrating the configuration of an electroosmotic pump using an impermeable electrode according to an embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 전기삼투펌프는 멤브레인(11), 제1 전극(130), 제2 전극(150) 및 한 쌍의 프레임(30)을 포함한다.Referring to FIG. 2A , the electroosmotic pump of the present invention includes amembrane 11 , afirst electrode 130 , asecond electrode 150 , and a pair offrames 30 .

예시적으로, 도 2a에 도시된 것처럼 전기삼투펌프는 유체의 이동을 허용하는 멤브레인(11) 및 멤브레인(11)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)을 포함한다. 여기서, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 비투과성 기저물질(non-porous substrate material)과 그 위에 코팅된 전극 물질로 이루어진 전극으로서, 적어도 하나 이상의 유체 이동 통로가 형성된 것이다. 즉, 전기삼투펌프는 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)의 전기화학 반응에 의해, 유체 이동 통로를 통해 유체가 이동할 수 있다.Illustratively, as shown in FIG. 2A , the electroosmotic pump includes afirst electrode 130 and asecond electrode 150 provided on both sides of themembrane 11 and themembrane 11 that allow the movement of the fluid, respectively. . Here, thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 are electrodes made of a non-porous substrate material and an electrode material coated thereon, and at least one fluid passage is formed thereon. That is, in the electroosmotic pump, the fluid may move through the fluid movement path by the electrochemical reaction of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 .

또한, 도 2b를 참조하면, 전기삼투펌프(230)는 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(150)의 양측에서 지지하되, 유로가 형성된 프레임(30), 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(150)에 전압을 공급하는 전원 공급부(46)를 더 포함할 수 있다.In addition, referring to FIG. 2B , theelectroosmotic pump 230 is supported on both sides of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 , but theframe 30 in which the flow path is formed, thefirst electrode 130 and thefirst electrode 130 are supported. Apower supply 46 for supplying a voltage to thesecond electrode 150 may be further included.

이와 같은 전기삼투펌프(230)는 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(150) 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써 정방향 및 역방향의 전기화학 반응이 반복해서 일어나도록 하여, 유체의 반복적인 왕복 이동에 의해 펌핑력을 발생시킬 수 있다. 또한, 반복적인 정방향 및 역방향의 전기화학 반응에 의해, 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(150) 각각은 소모 및 재생이 반복될 수 있다.Theelectroosmotic pump 230 alternately supplies the polarity of the voltage to each of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 so that the electrochemical reaction in the forward and reverse directions occurs repeatedly, so that the A pumping force can be generated by reciprocating movement. In addition, each of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 may be repeatedly consumed and regenerated by repeated forward and reverse electrochemical reactions.

일예로, 도시된 것처럼 제1 및 제2 전극(130, 150)은 비투과성 기저물질과 전극 물질로 이루어진 판형의 전극으로서, 다공성 전극이 아닌 비투과성이며, 가운데 1mm의 지름을 갖는 하나의 유체 이동 통로를 포함한다.For example, as shown, the first andsecond electrodes 130 and 150 are plate-shaped electrodes made of an impermeable base material and an electrode material, and are non-permeable, not a porous electrode, and one fluid movement having a diameter of 1 mm in the middle. includes passages.

즉, 본 발명은 전극 물질을 드롭코팅(drop-coating) 등 다양한 방법으로 비투과성 기저물질의 표면에 부착시킴으로써, 전기삼투펌프 전극의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 전기삼투펌프에서 각 전극으로 전원을 전달하는 별도의 컨택 스트립(contact wire)이 필요하지 않으며, 판형의 전극 자체를 전기 접점(electrical contact)으로 활용할 수 있기 때문에, 단순한 형태의 전기삼투펌프의 구성이 가능하다.That is, the present invention can improve the performance of the electroosmotic pump electrode by attaching the electrode material to the surface of the impermeable base material by various methods such as drop-coating. In addition, the present invention does not require a separate contact wire for delivering power to each electrode in the conventional electroosmotic pump, and since the plate-shaped electrode itself can be used as an electrical contact, a simple form It is possible to configure the electroosmotic pump of

예시적으로, 전기삼투펌프(230)는 멤브레인(11)과 제1 및 제2 전극(130, 150) 사이의 유체 흐름을 통해 양압과 음압을 발생시킨다. 또한 멤브레인(11)은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.Illustratively, theelectroosmotic pump 230 generates a positive pressure and a negative pressure through a fluid flow between themembrane 11 and the first andsecond electrodes 130 and 150 . In addition, themembrane 11 is formed of a porous material or structure to allow the movement of the fluid.

일 예로, 각 전극(130, 150)에 전압이 공급되면, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)의 전압 차이에 의해, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)에 산화환원 반응이 일어나 전하균형이 깨지게 되는데, 이 때, 전극(130, 150) 내에서 양이온이 유체 이동 통로를 통해 이동됨으로써 전하균형을 맞추게 된다. 이때 제1 전극(130) 및 제2 전극(150) 중 어느 하나는 전기화학 반응을 통해 양이온을 발생시키고, 다른 하나는 양이온을 소모할 수 있다. 여기서, 전기화학 반응 시 발생되고 소모되는 양이온은 1가 양이온일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 수소 이온(H+), 나트륨 이온(Na+), 칼륨 이온(K+) 등과 같이 다양한 이온을 포함할 수 있다.For example, when a voltage is supplied to each of theelectrodes 130 and 150 , thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 are oxidized by the voltage difference between thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 . The reduction reaction occurs and the charge balance is broken. At this time, the positive ions in theelectrodes 130 and 150 move through the fluid passageway to balance the charge. In this case, one of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 may generate positive ions through an electrochemical reaction, and the other may consume the positive ions. Here, the cations generated and consumed during the electrochemical reaction may be monovalent cations, but are not limited thereto, and may include various ions such as hydrogen ions (H+), sodium ions (Na+), potassium ions (K+), etc. have.

이러한 산화환원 반응에 따른 이온의 이동이 멤브레인(11)을 통해 이루어지면 유체가 전극의 유체 이동 통로를 통해 이동될 수 있다. 이때 멤브레인(11)은 유체 뿐만 아니라, 이온의 이동도 허용할 수 있다. 따라서, 유체와 이온은 전극(130, 150)에 전원이 공급되면, 멤브레인(11)의 일측에서 타측으로, 또는 타측에서 일측으로 이동될 수 있다.When the movement of ions according to the redox reaction is made through themembrane 11, the fluid may be moved through the fluid movement passage of the electrode. In this case, themembrane 11 may allow movement of ions as well as fluid. Accordingly, when power is supplied to theelectrodes 130 and 150 , the fluid and ions may move from one side to the other side of themembrane 11 or from the other side to one side.

또한, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)에는 전도성고분자 전극 물질이 코팅될 수 있다. 이 경우 전극 물질에 거대음이온 고분자, 즉 음이온 고분자를 포함하면, 전극(130, 150)의 산화환원 반응 시, 음이온 고분자는 고정되어 이동될 수 없기 때문에, 양이온이 이동하며 전하균형을 맞추게 된다. 즉, 환원반응 시 고정된 음이온 고분자의 전하균형을 맞추기 위해 유체 중에 존재하는 양이온이 혼입되어 들어오게 되고 산화반응 시에는 양이온의 방출이 있게 된다. 이 양이온은 음전하로 대전된 멤브레인(11) 표면을 양단에 걸린 전압에 의해 미끄러지듯 이동하게 되고, 수화된 물분자와 이와 수소결합으로 연결된 물분자들이 연결되어 전기삼투펌프(230)가 빠른 속도로 유체를 이동시킬 수 있게 된다.In addition, a conductive polymer electrode material may be coated on thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 . In this case, when the electrode material contains a macroanionic polymer, that is, an anionic polymer, during the redox reaction of theelectrodes 130 and 150, the anionic polymer is fixed and cannot be moved, so that the cations move to balance the charge. That is, in order to balance the charge of the fixed anionic polymer during the reduction reaction, the cations present in the fluid are mixed in and the cations are released during the oxidation reaction. The positive ions slidably move on the negatively charged surface of themembrane 11 by the voltage applied to both ends, and the hydrated water molecules and the water molecules connected by hydrogen bonds are connected to each other so that theelectroosmotic pump 230 operates at a high speed. fluid can be moved.

구체적으로, 비투과성 기저물질은 전도성 물질, 반도체 물질 및 비전도성 물질 중 적어도 하나로 구성된 플레이트, 포일 및 필름일 수 있다. 이때 전도성 물질은 니켈, 구리, 은, 티타늄 및 알루미늄을 포함하고, 반도체 물질은 실리콘을 포함하고, 비전도성 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF, PVDC 및 폴리이미드를 포함한다 .Specifically, the non-permeable base material may be a plate, a foil, and a film composed of at least one of a conductive material, a semiconductor material, and a non-conductive material. Here, the conductive material includes nickel, copper, silver, titanium and aluminum, the semiconductor material includes silicon, and the non-conductive material includes polyethylene, polypropylene, PVDF, PVDC and polyimide.

예시적으로, 전극 물질은 금속, 금속 산화물(metal oxide), 전도성 고분자(conducting polymer), 금속 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate), 탄소 나노 구조체, 또는 이들의 복합체(composite)로 구성된다.Illustratively, the electrode material is formed of a metal, a metal oxide, a conducting polymer, a metal hexacyanoferrate, a carbon nanostructure, or a composite thereof.

이하, 각 전극 물질의 예를 설명하면, 금속은 은, 아연, 납, 망간, 구리, 주석, 루테늄, 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함한다. 또한 금속 산화물은 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO₃), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO₃), 루테늄 옥사이드, 이리듐 옥사이드, 망간옥사이드, 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO₂), 및 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중 적어도 하나를 포함한다.Hereinafter, when an example of each electrode material is described, the metal includes at least one of silver, zinc, lead, manganese, copper, tin, ruthenium, and iridium. In addition, metal oxides include vanadium oxide, molybdenum oxide (MoO₃), tungsten oxide (WO₃), ruthenium oxide, iridium oxide, manganese oxide, cerium oxide (CeO₂), and polyoxometalate (polyoxometalate). ) contains at least one of

전도성고분자는 폴리아닐린, 폴리아닐린의 유도체, 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 퀴논폴리머(quinone polymer), 퀴논폴리머의 유도체, 및 폴리타이오닌(polythionine) 중 적어도 하나를 포함한다.Conductive polymers include polyaniline, polyaniline derivatives, polythiophene, polythiophene derivatives, polypyrrole, polypyrrole derivatives, quinone polymers, quinone polymer derivatives, and and at least one of polythionine.

금속 헥사시아노페레이트는 프러시안 블루(prussian blue, FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), 및 CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) NiHCF(nickel hexacyanoferrate), 중 적어도 하나를 포함한다.The metal hexacyanoferrate includes at least one of Prussian blue, iron hexacyanoferrate (FeHCF), copper hexacyanoferrate (CuHCF), and cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) nickel hexacyanoferrate (NiHCF).

탄소 나노 구조체는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle), 풀러렌(fullerene) 및 흑연(graphite) 중 적어도 하나를 포함한다. 탄소 나노 구조체 중 탄소나노튜브가 포함된 전극 물질의 복합체를 전착시킨 전극에서는, 보다 안정적이고 빠른 속도로 산화환원 반응이 일어날 수 있다.The carbon nanostructure includes at least one of carbon nanotube (CNT), graphene, carbon nanoparticles, fullerene, and graphite. Redox reaction may occur more stably and at a faster rate in an electrode in which a composite of electrode material including carbon nanotubes is electrodeposited among carbon nanostructures.

이 외에도, 전극 물질은 전기 전도성을 가지거나 음전하를 띠는 다양한 고분자일 수 있다.In addition to this, the electrode material may be various polymers having electrical conductivity or having a negative charge.

일 예로, 전술한 전극 물질은 다수의 층으로 적층된 구조로 형성될 수 있다. 또한 전극 물질은 드롭코팅(drop-coating), 딥코팅(dip-coating), 스핀코팅(spin-coating), 스프레이코팅, 프린팅, 열분해 및 전착 중 적어도 하나의 방법에 의해, 비투과성 기저물질 상에 코팅된 것일 수 있다. 이후, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 열압착 또는 데칼전사 방법에 의해, 코팅된 전극 물질의 표면이 매끄럽게 처리될 수 있다.For example, the above-described electrode material may be formed in a structure in which a plurality of layers are stacked. In addition, the electrode material is deposited on the impermeable base material by at least one method of drop-coating, dip-coating, spin-coating, spray coating, printing, pyrolysis and electrodeposition. It may be coated. Thereafter, the surfaces of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 may be smoothly processed by thermocompression bonding or a decal transfer method.

제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 전극(130, 150)의 전체 면적 대비 유체 이동 통로의 면적 비율이 0% 초과 50% 이하로 형성될 수 있다(도 10 참조). 예를 들어, 유체 이동 통로의 형상은 원형, 사각형, 또는 그 외의 여러가지 형상으로 형성될 수 있으며, 개수는 적어도 한개 또는 복수개로 형성되며, 전극 대비 유체 이동 통로의 면적 비율이 50% 이하로 형성될 수 있다.In thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 , the ratio of the area of the fluid passage to the total area of theelectrodes 130 and 150 may be greater than 0% and less than or equal to 50% (refer to FIG. 10 ). For example, the shape of the fluid flow passage may be formed in a circle, a square, or other various shapes, and the number is formed in at least one or a plurality, and the area ratio of the fluid passage to the electrode is 50% or less. can

도 2c 및 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 도2a의 전기삼투펌프를 이용하는 유체 펌핑 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.2C and 2D are diagrams illustrating the configuration of a fluid pumping system using the electroosmotic pump of FIG. 2A according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 유체 펌핑 시스템(40)은 전기삼투펌프(230), 제1 격리재(210), 제2 격리재(220), 이송 챔버(240), 흡입구(240a), 토출구(240b), 모니터링 챔버(250), 압력 측정부(260), 흡입밸브(270), 토출밸브(280), 레저버(41), 흡입로(42), 토출로(45), 전원 공급부(46) 및 제어 회로(47)를 포함한다.Thefluid pumping system 40 of the present invention includes anelectroosmotic pump 230 , afirst isolation material 210 , asecond isolation material 220 , atransfer chamber 240 , aninlet port 240a , anoutlet port 240b , and monitoring.Chamber 250 ,pressure measuring unit 260 ,suction valve 270 ,discharge valve 280 ,reservoir 41 ,suction path 42 ,discharge path 45 ,power supply unit 46 and control circuit (47).

구체적으로, 유체 펌핑 시스템(40)은 전기삼투펌프(230), 전기삼투펌프(230)의 일측에 구비되어 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 격리재(210), 제1 격리재(210)의 일측에 구비되어, 제1 격리재(210)의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버(240) 및 전기삼투펌프(230)의 타측에 구비되어, 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2 격리재(220)를 포함한다.Specifically, thefluid pumping system 40 is provided on one side of the electro-osmotic pump 230 and the electro-osmotic pump 230, and the first insulatingmaterial 210, which is deformed in shape as positive and negative pressures are alternately generated, 1 It is provided on one side of the insulatingmaterial 210, and is provided on the other side of thetransfer chamber 240 and theelectroosmotic pump 230 for sucking and discharging the fluid to be transferred in response to the deformation of the first insulatingmaterial 210, and a secondinsulating material 220 whose shape is deformed as positive pressure and negative pressure are alternately generated.

또한, 이송 챔버(240)의 일면에는 이송대상유체의 흡입 및 토출이 행해지는 흡입구(240a) 및 토출구(240b)가 형성되며, 흡입구(240a) 및 토출구(240b) 각각에는 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브(270) 및 토출밸브(280)가 체결된다. 이때 흡입밸브(270)는 양압 발생 시에 폐쇄되고, 음압 발생 시에 개방되며, 토출밸브(280)는 양압 발생 시에 개방되고, 음압 발생 시에 폐쇄된다.In addition, on one surface of thetransfer chamber 240, aninlet 240a and anoutlet 240b through which the transfer target fluid is sucked and discharged are formed, and theinlet 240a and theoutlet 240b each have a flow of the transfer target fluid. Thesuction valve 270 and thedischarge valve 280 allowing or blocking are fastened. At this time, thesuction valve 270 is closed when a positive pressure is generated and is opened when a negative pressure is generated, and thedischarge valve 280 is opened when a positive pressure is generated and is closed when a negative pressure is generated.

예시적으로, 도 2c에 도시된 것처럼 전기삼투펌프(230)는 전기화학 반응을 통해 유체 및/또는 기체를 왕복 운동시키는 적어도 하나의 구성요소를 포함할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전기삼투펌프(230)는 전기삼투 원리를 사용하여 구현될 수 있다. 이는 모세관 또는 다공성막의 양단에 전극을 이용하여 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용하는 것으로, 기계식 펌프와는 달리 기계적으로 움직이는 부분이 없어 무소음이며, 걸어준 전압에 비례하여 효과적으로 유속을 조절할 수 있는 장점이 있다.Illustratively, as shown in FIG. 2C , theelectroosmotic pump 230 may include at least one component that reciprocates a fluid and/or gas through an electrochemical reaction, but is not limited thereto. Theelectroosmotic pump 230 may be implemented using the electroosmotic principle. This uses the movement of fluid by the electroosmotic phenomenon that occurs when voltage is applied using electrodes on both ends of the capillary or porous membrane. It has the advantage of being able to effectively control the flow rate.

예시적으로, 격리재(210, 220)는 전기삼투펌프(230)의 적어도 일단에 설치되어 유체와 이송대상유체를 분리한다. 격리재(210, 220)는 유체와 이송대상유체가 섞이는 것이 방지되도록 유체가 들어있는 공간과 이송대상유체가 들어있는 공간을 구획하면서, 유체의 이동에 의해 발생되는 펌핑력을 이송대상유체에 전달하는 역할을 한다.Illustratively, the insulatingmaterials 210 and 220 are installed at at least one end of the electro-osmotic pump 230 to separate the fluid and the fluid to be transferred. Theisolation materials 210 and 220 divide the space containing the fluid and the space containing the fluid to be transported to prevent mixing of the fluid and the fluid to be transported, and transfer the pumping force generated by the movement of the fluid to the fluid to be transported. plays a role

즉, 전기삼투펌프(230)의 양측에 구성된 제1 및 제2 격리재(210, 220)는, 비제한적인 예시로서, 오일 갭(oil gap)을 형성하도록 하는 오일, 탄성을 가진 얇은 막으로 이루어지는 천연 고무, 합성 고무, 고분자물질, 금속판 등으로 제작되며, 전기삼투펌프(230)의 구동에 따라 음압과 양압이 교번하여 발생됨에 따라 적어도 일부가 전진 및 후진 이동 되어 이송 챔버(240) 및 모니터링 챔버(250)로 음압과 양압을 전달한다.That is, the first and secondinsulating materials 210 and 220 configured on both sides of theelectroosmotic pump 230 are, as a non-limiting example, an oil to form an oil gap and a thin film having elasticity. It is made of natural rubber, synthetic rubber, polymer material, metal plate, etc. made of natural rubber, synthetic rubber, polymer material, metal plate, etc., and as the negative and positive pressures are alternately generated according to the operation of theelectroosmotic pump 230, at least some of them are moved forward and backward, and thetransfer chamber 240 and monitoring A negative pressure and a positive pressure are transferred to thechamber 250 .

예시적으로, 제1 격리재(210)는 전기삼투펌프(230)의 구동에 의해 발생된 음압과 양압을 이송대상유체로 전달한다. 보다 구체적으로, 음압이 발생하면, 제1 격리재(210)의 적어도 일부가 후진되어(즉, 도 2c를 기준으로 제1 격리재(210)의 일부가 모니터링 챔버(250) 방향으로 이동되는 경우(긴 점선으로 도시됨), 이송대상유체가 이송 챔버(240)로 흡입되며, 반대로 양압이 발생하면, 제1 격리재(210)의 적어도 일부가 전진되어(즉, 도 2c를 기준으로 제1 격리재(210)의 일부가 이송 챔버(240) 방향으로 이동되는 경우(짧은 점선으로 도시됨), 이송대상유체가 이송 챔버(240)로부터 토출된다.Illustratively, the first insulatingmaterial 210 transfers the negative pressure and the positive pressure generated by the driving of theelectroosmotic pump 230 to the transfer target fluid. More specifically, when a negative pressure is generated, at least a part of the first insulatingmaterial 210 is moved backward (that is, when a part of the first insulatingmaterial 210 is moved toward themonitoring chamber 250 with reference to FIG. 2C ) (shown by a long dotted line), the transfer target fluid is sucked into thetransfer chamber 240 and, conversely, when positive pressure is generated, at least a portion of the first insulatingmaterial 210 is advanced (that is, the first When a portion of theisolation material 210 is moved in the direction of the transfer chamber 240 (shown by a short dotted line), the transfer target fluid is discharged from thetransfer chamber 240 .

이때, 이송대상유체의 흡입 및 토출은 이송 챔버(240)의 일면에 형성된 흡입구(240a)와 토출구(240b)를 통해 행해진다. 흡입구(240a)와 토출구(240b) 각각에는 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브(270)와 토출밸브(280)가 체결되어, 이송대상유체가 흡입구(240a)를 통해 흡입되고 토출구(240b)를 통해 토출되도록 할 수 있다. 다시 말해, 흡입밸브(270)는 제1 격리재(210)의 전진시 폐쇄되고 후진시 개방되며, 토출밸브(280)는 제1 격리재(210)의 전진시 개방되고 후진시 폐쇄된다. 이러한 흡입밸브(270)와 토출밸브(280)는, 예시적으로 체크밸브(check valve)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 반대로 작동하는 개폐장치일 수도 있다.At this time, suction and discharge of the transfer target fluid are performed through thesuction port 240a and thedischarge port 240b formed on one surface of thetransfer chamber 240 . Asuction valve 270 and adischarge valve 280 for allowing or blocking the flow of the fluid to be transferred are fastened to each of theinlet 240a and theoutlet 240b, so that the fluid to be transferred is sucked through theinlet 240a and the outlet ( 240b) may be discharged. In other words, thesuction valve 270 is closed when thefirst isolator 210 moves forward and is opened when thefirst isolator 210 moves backward, and thedischarge valve 280 opens when thefirst isolator 210 moves forward and is closed when thefirst isolator 210 moves backward. Theintake valve 270 and thedischarge valve 280 may, for example, be check valves, but are not limited thereto, and may be opening/closing devices that operate opposite to each other.

제2 격리재(220)는 제1 격리재(210)와 마찬가지로, 전기삼투펌프(230)의 구동에 의해 후진과 전진을 반복한다. 이에 따라, 제2 격리재(220)의 운동에 의해, 모니터링 챔버(250) 내의 공기 압력은 변화한다. 즉, 음압이 발생하면, 제2 격리재(220)의 적어도 일부가 후진되어(즉, 도 2c를 기준으로 제2 격리재(220)가 일부가 모니터링 챔버(250) 방향으로 이동되는 경우(긴 점선으로 도시됨) 모니터링 챔버(250)의 압력이 높아지며, 반대로 양압이 발생하면, 제2 격리재(220)의 적어도 일부가 전진되면(즉, 도 2c를 기준으로 이송 챔버(240) 방향으로 이동되는 경우(짧은 점선으로 도시됨), 모니터링 챔버(250)의 공기 압력은 낮아진다.The secondinsulating material 220, like the first insulatingmaterial 210, repeats backward and forward by the driving of the electro-osmotic pump (230). Accordingly, due to the movement of thesecond isolator 220 , the air pressure in themonitoring chamber 250 changes. That is, when a negative pressure is generated, at least a part of the second insulatingmaterial 220 is moved backward (that is, when a part of the second insulatingmaterial 220 is moved toward themonitoring chamber 250 based on FIG. 2C (long When the pressure in themonitoring chamber 250 is increased (shown by a dotted line), and conversely, when a positive pressure is generated, at least a portion of the second insulatingmaterial 220 is advanced (ie, it moves in the direction of thetransfer chamber 240 based on FIG. 2C ) (shown by the short dashed line), the air pressure in themonitoring chamber 250 is lowered.

압력측정부(260)는 모니터링 챔버(250) 내부에 구비되어, 모니터링 챔버(250) 내의 압력을 감지하여 전기 신호로 변환한다. 예시적으로, 압력측정부(260)는 제2 격리재(220)가 변형됨에 따른 모니터링 챔버(250)의 용량변화, 자력세기 변화, 저항 변위 또는 전압 변위 등을 기초로 압력값을 검출하는 압력센서일 수 있다. 또는 압력측정부(260)는 제2 격리재(220)에 체결되거나 제2 격리재(220)와 일체형으로 형성되어, 제2 격리재(220)의 변형도를 기초로 압력값을 검출하는 압력센서일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 압력측정부(260)는 다양한 방식으로 모니터링 챔버(250) 내부의 압력을 측정할 수 있다.Thepressure measuring unit 260 is provided inside themonitoring chamber 250 to sense the pressure in themonitoring chamber 250 and convert it into an electrical signal. Illustratively, thepressure measuring unit 260 detects a pressure value based on a capacity change, magnetic force strength change, resistance displacement or voltage displacement of themonitoring chamber 250 as the second insulatingmaterial 220 is deformed. It may be a sensor. Alternatively, thepressure measuring unit 260 is fastened to the second insulatingmaterial 220 or formed integrally with the second insulatingmaterial 220 to detect a pressure value based on the degree of deformation of the second insulatingmaterial 220 . It may be a sensor. However, the present invention is not limited thereto, and thepressure measuring unit 260 may measure the pressure inside themonitoring chamber 250 in various ways.

또한 도 2d를 참조하면, 유체 펌핑 시스템(40)은 도2c에 도시된 전기삼투펌프의 구성, 이송대상유체가 저장된 레저버(41)에서 토출된 이송대상유체가 이송 챔버(240)로 흡입되는 유체이송로인 흡입로(42), 이송 챔버(240)에서 토출된 이송대상유체의 유체이송로인 토출로(45), 제2 격리재(220)의 일측에 구비되어, 제2 격리재(220)의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버(250), 모니터링 챔버(250)의 압력 변화를 측정하는 압력측정부(260), 및 압력측정부(260)에서 측정된 압력값을 모니터링하여 전기삼투펌프(230)의 이상을 검출하는 제어 회로(47)를 포함한다. 또한, 유체 펌핑 시스템(40)은 전기삼투펌프(230)와 제어 회로(47)로 전원을 공급하는 전원 공급부(46)를 더 포함한다.Also, referring to FIG. 2D , thefluid pumping system 40 includes the configuration of the electroosmotic pump shown in FIG. 2C , the transfer object fluid discharged from thereservoir 41 in which the transfer object fluid is stored is sucked into thetransfer chamber 240 . It is provided on one side of thesuction path 42, which is a fluid transport path, thedischarge path 45, which is a fluid transport path for the fluid to be transported discharged from thetransport chamber 240, and the second insulatingmaterial 220, the second insulating material ( 220) by monitoring the pressure value measured by themonitoring chamber 250, the pressure changing in response to the deformation, thepressure measuring unit 260 for measuring the pressure change in themonitoring chamber 250, and thepressure measuring unit 260 and acontrol circuit 47 for detecting abnormalities in theelectroosmotic pump 230 . In addition, thefluid pumping system 40 further includes apower supply 46 for supplying power to theelectroosmotic pump 230 and the control circuit (47).

흡입로(42)는 레저버(41)의 토출구 및 흡입밸브(270)(또는 이송 챔버(240)의 흡입구(240a)) 각각에 양 끝단이 체결되어, 레저버(41)에 저장된 이송대상유체를 이송 챔버(240)로 이동시킨다. 토출로(45)는 토출밸브(280)(또는 이송 챔버(240)의 토출구(240b))에 일단이 체결되고 타단은 대상체에 삽입되어 이송대상유체를 대상체로 운송(즉, 주입)하도록 형성된다. 예시적으로, 토출로(45)는 타단에 니들(needle), 캐뉼라(cannula) 및/또는 다공성고분자 섬유 등이 형성된 카테터(catheter)일 수 있다.Both ends of thesuction path 42 are fastened to the discharge port of thereservoir 41 and the suction valve 270 (or thesuction port 240a of the transfer chamber 240 ), respectively, and the transfer target fluid stored in thereservoir 41 . is moved to thetransfer chamber 240 . Thedischarge path 45 has one end fastened to the discharge valve 280 (or thedischarge port 240b of the transfer chamber 240) and the other end is inserted into the object to transport (ie, inject) the transfer object fluid to the object. . Illustratively, thedischarge path 45 may be a catheter having a needle, a cannula, and/or a porous polymer fiber formed at the other end thereof.

레저버(41)는 외부의 기체 및 이온에 대해 차단 가능한 소재로 형성되는 이송대상유체를 저장하는 저장용기로, 일측에 흡입로(42)가 체결되어 전기삼투펌프(230)의 구동에 동기화되어 이송대상유체를 토출한다. 즉, 전기삼투펌프(230)의 구동에 의해 음압이 발생하면 흡입밸브(270)가 개방되어 레저버(41)에 저장된 이송대상유체가 흡입로(42)를 통해 흡입밸브(270)로 이동된다. 반대로 양압이 발생하면, 흡입밸브(270)는 폐쇄되어 이송대상유체의 이동이 정지된다. 이 경우 토출밸브(280)가 개방되므로, 토출밸브(280)에 체결된 토출로(45)를 통해 이송대상유체가 대상체로 주입될 수 있다.Thereservoir 41 is a storage container for storing a transfer target fluid formed of a material that can block external gases and ions, and asuction path 42 is fastened to one side to be synchronized with the operation of theelectroosmotic pump 230 . Discharge the transfer target fluid. That is, when negative pressure is generated by the driving of theelectroosmotic pump 230 , thesuction valve 270 is opened, and the transfer target fluid stored in thereservoir 41 is moved to thesuction valve 270 through thesuction path 42 . . Conversely, when positive pressure is generated, thesuction valve 270 is closed to stop the movement of the transfer target fluid. In this case, since thedischarge valve 280 is opened, the fluid to be transferred may be injected into the object through thedischarge path 45 coupled to thedischarge valve 280 .

(예 2) 비투과성 판형 기저물질을 사용한 전극의 전기삼투펌프로의 사용 가능성 확인(Example 2) Confirmation of the possibility of using an electrode using an impermeable plate-shaped base material as an electroosmotic pump

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트(Ti plate)를 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 Ti 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 3의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.3 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the Ti electrode by 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode according to an embodiment of the present invention. 3(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 3을 참조하면, 맨 처음으로는 다른 전극 물질 코팅 없이 비투과성 기저물질(substrate material)인 Ti 플레이트(titanium plate)만을 이용하였다. 여기에 작은 유체 이동 통로를 통해서 유체가 흐르며 압력을 나타낼 수 있는지 확인하기위해 Ti 플레이트를 이용한 전기삼투펌프의 성능을 확인해 보았다(도3, 표1). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 30 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프의 구성은 도2와 같고, 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 3 , for the first time, only a titanium plate, which is an impermeable substrate material, was used without any other electrode material coating. Here, the performance of the electroosmotic pump using the Ti plate was checked to confirm that the fluid flows through the small fluid passageway and can represent pressure (Fig. 3, Table 1). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 30 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. The configuration of the electroosmotic pump for the experiment is the same as in Figure 2, the porous silica membrane was used with a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표1. Ti 플레이트를 이용한 전기삼투펌프의 유속 및 압력 확인Table 1. Confirmation of flow rate and pressure of electroosmotic pump using Ti plate

표1을 참조하면 즉, Ti 플레이트 기판만의 비투과성 전극을 이용한 경우 유체가 흐를 수 있지만, 유량이나 압력이 극히 미미하다는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, that is, when only the impermeable electrode of the Ti plate substrate is used, the fluid can flow, but it can be seen that the flow rate or pressure is very insignificant.

(예 3) 전극 물질을 활용한 비투과성 전극의 성능 향상 및 다공성 전극과의 비교(Example 3) Performance improvement of impermeable electrode using electrode material and comparison with porous electrode

(예2)에서 Ti 플레이트만의 비투과성 기저물질에 작은 유체 이동 통로 하나만 있어도 유체가 흐르고 압력이 나타나긴 하지만, 전극의 성능이 좋지 않아 펌프로서 낮은 성능을 보여주었다. 이에 전극 물질을 추가적으로 코팅하여 전극의 성능을 향상시켰다. 피펫으로 일정량의 전극 물질 슬러리(slurry)를 떨어뜨려 입히는 드롭코팅 방식을 사용하였다. 90 ℃ 핫(hot) 플레이트 위에서 전극 물질을 입혀주는 작업을 통해 20분 내로 건조가 가능하게 하였다. 일 예로 전극 물질인 RuOx를 1mm 유체 이동 통로가 가운데 하나 있는 Ti 플레이트에 드롭코팅 하였다. 또한, 다공성탄소종이(porous carbon paper)에 구성되는 다공성 전극은 탄소전극 위에 RuOx 슬러리를 붓을 이용해 발라준 후 110 ℃ 오븐에서 말려 구성하였다. 이 경우는 전극물질의 손실도 많고, 탄소전극 위에 코팅된 실제 RuOx의 양을 파악하기 어려웠다. 이들의 전극 성능을 비교, 확인하기 위해 전기삼투펌프에 적용하여, +2.5 V, -2.5 V, 각 30 sec 펄스 시간(pulse time), 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동 성능을 비교하였다 (표2). 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 Ti 플레이트를 사용한 전기삼투펌프는 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였다. 비투과성 경우 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다. 다공성 탄소 종이 전극에 구현된 RuOx 전극은 가로 6 mm, 세로 10 mm를 사용하였으며 컨택 와이어(contact wire)로는 은 와이어(silver wire)를 사용하였다.In (Example 2), although there is only one small fluid passageway in the impermeable base material of the Ti plate only, the fluid flows and pressure appears, but the performance of the electrode is not good, so it shows low performance as a pump. Accordingly, the performance of the electrode was improved by additionally coating the electrode material. A drop coating method was used in which a certain amount of electrode material slurry was dropped and coated with a pipette. It was possible to dry within 20 minutes by coating the electrode material on a 90° C. hot plate. As an example, RuOx, an electrode material, was drop-coated on a Ti plate having one of the 1 mm fluid passageways in the middle. In addition, the porous electrode composed of porous carbon paper was constructed by applying RuOx slurry on the carbon electrode using a brush and drying it in an oven at 110 °C. In this case, there was a lot of loss of electrode material, and it was difficult to determine the actual amount of RuOx coated on the carbon electrode. To compare and confirm the performance of these electrodes, they were applied to the electroosmotic pump, and the driving performance was compared in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution with +2.5 V, -2.5 V, each 30 sec pulse time, and continuous operation ( Table 2). When constructing the electroosmotic pump for the experiment, the electroosmotic pump using a Ti plate used a porous silica membrane with a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, as shown in FIG. 2 . In the case of impermeability, a Ti plate having a width of 6 mm and a length of 15 mm was used as the electrode and substrate. The RuOx electrode implemented on the porous carbon paper electrode had a width of 6 mm and a length of 10 mm, and a silver wire was used as a contact wire.

표2. Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅 하였을 때와 탄소 종이 전극에 RuOx를 코팅 하였을 때 전기삼투펌프의 성능Table 2. Performance of the electroosmotic pump when the Ti plate is drop-coated with RuOx and when the carbon paper electrode is coated with RuOx.

표 1 및 표2를 참조하면, Ti 플레이트에 효율적인 전극 물질을 코팅한 것(표2 상단부)은 Ti 플레이트만을 사용한 경우(표1)와 비교하여 전기삼투펌프의 성능인 유량/전력(Flow/power)과 압력(Pressure)이 많이 향상되었음을 알 수 있다.Referring to Tables 1 and 2, the effective electrode material coated on the Ti plate (top of Table 2) is the performance of the electroosmotic pump, Flow/power, compared to the case of using only the Ti plate (Table 1). ) and pressure are greatly improved.

또한, 다공성 탄소종이전극에 구현된 것과 비교하였을 때(표2 하단부), Ti 플레이트를 이용한 전극이 더 높은 압력과 유량/전력을 보임을 알 수 있다. 즉, 효율적인 전극의 코팅으로 전극의 효율이 더 좋아져서 펌프의 성능이 높아진 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the electrode using the Ti plate showed higher pressure and flow/power compared to that implemented in the porous carbon paper electrode (bottom of Table 2). That is, it can be seen that the efficiency of the electrode is improved due to the efficient coating of the electrode, and thus the performance of the pump is increased.

다공성 탄소 종이 전극에 전극 물질을 붓으로 코팅하는 방식은 전극 물질을 입히는 과정에서 기저물질의 다공성 유로를 통해 전극 물질이 통과하게 되고 코팅되는 전극 물질의 양을 일정하게 만들 수 없었다. 반면에 피펫을 이용하여 Ti 플레이트에 드롭코팅하는 방식은 일정량의 전극 물질을 사용하여 효율적이며 재현성 있는 전극을 제작할 수 있었다. 또한 쉽게 부서지는 탄소 종이 전극과 비교하여, Ti 플레이트를 사용함으로써 높은 강도의 전극을 구현할 수 있었다. 또한, 전기적인 컨택(contact)을 따로 구성할 필요 없이, 기저물질인 Ti 플레이트가 전기적 도체로서 바로 전기적 컨택으로 활용하여 구성을 단순화시킬 수 있었다.In the method of coating the electrode material with a brush on the porous carbon paper electrode, the electrode material passed through the porous flow path of the base material during the process of coating the electrode material, and the amount of the electrode material to be coated could not be made constant. On the other hand, the drop coating method on the Ti plate using a pipette was able to produce an efficient and reproducible electrode using a certain amount of electrode material. In addition, compared to the easily brittle carbon paper electrode, a high-strength electrode could be realized by using a Ti plate. In addition, it was possible to simplify the configuration by directly using the Ti plate, which is a base material, as an electrical conductor as an electrical contact, without the need to separately configure an electrical contact.

(예 4) 비투과성전극의 유체 이동 통로 수에 따른 전기삼투펌프 성능 비교(Example 4) Comparison of electroosmotic pump performance according to the number of fluid passages of the impermeable electrode

도 4의 (a)는 본 발명의 일시예에 따른 유체 이동 통로의 수를 1, 2, 5개로 달리한 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 4의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 4 (a) is in the electroosmotic pump implemented as an electrode drop-coated RuOx on a Ti plate in which the number of fluid passageways is varied to 1, 2, or 5 according to an embodiment of the present invention, 2.5 V is applied to both ends of the electrode. It is a graph of the current response when it is changed by 30 seconds, and Fig. 4 (b) is a graph of the pressure response under the same conditions.

비투과성 전극의 유체 이동 통로 수에 따라 유체가 흐르는 정도를 확인하기위해 Ti 플레이트에 유체 이동 통로수를 달리하여 비교하였다. 구체적으로, 각각의 Ti 플레이트에 유체가 이동할 수 있는 1mm 홀의 개수를 1개, 2개, 5개로 각각 뚫은 후 RuOx 슬러리를 드롭코팅한 전극의 성능을 전기삼투펌프에 적용하여 확인하였다(도4, 표3). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 30 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.In order to check the degree of fluid flow according to the number of fluid passages of the impermeable electrode, the number of fluid passages in the Ti plate was varied and compared. Specifically, after drilling 1, 2, and 5 1mm holes through which the fluid can move in each Ti plate, the performance of the electrode drop-coated with RuOx slurry was confirmed by applying the electroosmotic pump (Fig. 4, Table 3). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 30 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표3. 비투과성 전극의 유체 이동 통로 수에 따른 전기삼투펌프의 성능Table 3. Performance of the electroosmotic pump according to the number of fluid passages of the impermeable electrode

표 3을 참조하면, Ti 플레이트에 뚫린 유체 이동 통로의 수를 달리하여 성능을 비교하였을 때, 유체 이동 통로를 5개를 뚫는 것이 약간 더 높은 효율을 보이지만, 유체 이동 통로 1개와 큰 차이 없고 기존의 펌프와 비슷한 성능을 보이는 것을 확인하였다. 이를 통해 많은 수의 유로을 사용하지 않고 유체가 이동할 수 있는 작은 통로 하나만 있어도 전기삼투펌프의 성능에 큰 차이가 없이 구동되는 것을 확인하였다.Referring to Table 3, when the performance is compared by varying the number of fluid passages drilled in the Ti plate, drilling five fluid passages shows slightly higher efficiency, but there is no significant difference from one fluid passageway and It was confirmed that the performance was similar to that of the pump. Through this, it was confirmed that there is no significant difference in the performance of the electroosmotic pump even if there is only one small passage through which the fluid can move without using a large number of passages.

(예 5) RuOx기반 비투과성 전극의 코팅 양에 따른 성능(Example 5) Performance according to coating amount of RuOx-based impermeable electrode

도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅하는 양을 1.05mg, 2.10 mg, 3.15 mg으로 조절하여 만든 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 5의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 5 (a) is an electroosmotic pump implemented with an electrode made by adjusting the drop-coating amount of RuOx on the Ti plate according to an embodiment of the present invention to 1.05 mg, 2.10 mg, 3.15 mg, 2.5 V is applied to both ends of the electrode It is a graph of the current response when it is changed for 10 seconds each, and Fig. 5 (b) is a graph of the pressure response under the same conditions.

도 5를 참조하면 (예 4)에서 비투과성 판형 기저물질에 드롭코팅을 통해 정량 코팅이 가능함을 확인하였고 이에 따라 전극 위에서 전극물질의 양을 조절할 수 있게 되었다. 전극물질의 양을 다르게 조절함으로써 전극의 성능을 조절할 수 있는지 확인하기위해 비투과성 기저물질 위에 전극물질의 코팅 양을 달리하여 전극의 성능 차이를 확인했다. 일 예로 Ti 플레이트 위에 RuOx의 코팅 양을 다르게 하여 가로 6 mm, 세로 15 mm 전극위에 RuOx가 각각 1.05 mg, 2.10 mg, 3.15 mg이 코팅되도록 전극을 제작하였다. 전극의 성능을 확인하기 위해 전기삼투펌프에 적용하여 확인하였다(도5, 표4). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였다.Referring to FIG. 5, it was confirmed that quantitative coating was possible through drop coating on the non-permeable plate-shaped base material in (Example 4), and accordingly, it was possible to control the amount of electrode material on the electrode. In order to check whether the performance of the electrode can be controlled by adjusting the amount of the electrode material differently, the performance difference of the electrode was checked by varying the amount of coating of the electrode material on the non-permeable base material. For example, an electrode was prepared so that 1.05 mg, 2.10 mg, and 3.15 mg of RuOx were coated on the 6 mm horizontal and 15 mm vertical electrodes by varying the coating amount of RuOx on the Ti plate, respectively. To confirm the performance of the electrode, it was confirmed by applying it to the electroosmotic pump (Fig. 5, Table 4). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in FIG. 2, the porous silica membrane had a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a size of 10 mm.

표4. Ti 플레이트에 RuOx의 양을 달리하여 드롭코팅 하였을 때의 전기삼투펌프의 성능Table 4. Performance of electroosmotic pump when drop-coated Ti plate with different amounts of RuOx

표 4를 참조하면, Ti 플레이트 위에 RuOx의 코팅 양을 달리 하였을 때 전극물질의 양이 증가할수록 전류 및 유량이 증가되었다. 이에 따라서 비투과성 기저물질 위에 전극물질을 정량적으로 양을 달리하여 코팅함으로써 전극의 성능을 조절할 수 있음을 확인하였다.Referring to Table 4, when the amount of RuOx coating on the Ti plate was varied, the current and flow rate increased as the amount of electrode material increased. Accordingly, it was confirmed that the performance of the electrode could be controlled by quantitatively varying the amount of the electrode material coated on the impermeable base material.

(예 6) MnOx 기반 비투과성 전극 (Example 6) MnOx-based impermeable electrode

도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 MnOx을 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 6의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 6 (a) is a graph showing the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which MnOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. 6(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 6을 참조하면, 앞서 언급한 바와 같이 작은 유체 이동 통로가 뚫린 비투과성 판형 기저물질은 다양한 전극 물질을 올려 전기삼투펌프에 적용할 수 있다. 앞서 (예 4)에서 RuOx를 코팅하여 적용할 수 있음을 확인하였고, 또 다른 일 예로 비투과성 Ti 플레이트 위에 MnOx를 드롭코팅 해주었고 전기삼투펌프에 적용하여 성능을 확인하였다(도6, 표5). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 30 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 6 , as mentioned above, the non-permeable plate-shaped base material with a small fluid passageway can be applied to the electroosmotic pump by loading various electrode materials. Previously (Example 4), it was confirmed that RuOx can be coated and applied, and as another example, MnOx was drop-coated on an impermeable Ti plate, and the performance was confirmed by applying it to an electroosmotic pump (Fig. 6, Table 5). . The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 30 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표5. Ti 플레이트에 MnOx을 드롭코팅 하였을 때의 전기삼투펌프의 성능Table 5. Performance of electroosmotic pump when drop coating of MnOx on Ti plate

표 5를 참조하면, 비투과성 금속 기저물질에 MnOx을 코팅하여 전극을 제작하고 전기삼투펌프에 적용하여 성능을 확인하였을 때 MnOx를 기반으로 하는 전기삼투펌프의 성능이 구현됨을 확인하였다. 즉, 다양한 전극 물질을 비투과성 기저물질에 도입 가능함을 확인하였다.Referring to Table 5, it was confirmed that the performance of the electroosmotic pump based on MnOx was realized when the electrode was fabricated by coating MnOx on an impermeable metal base material and applied to the electroosmotic pump to check the performance. That is, it was confirmed that various electrode materials can be introduced into the impermeable base material.

(예 7) 금속 헥사시아노페레이트(Metal hexacyanoferrate) 기반 비투과성 전극(Example 7) Metal hexacyanoferrate-based impermeable electrode

도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 철(III) 헥사시아노페레이트(PB, Prussian Blue)를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류와 압력응답 그래프이고, 도 7의 (b)는 Ti 플레이트에 NiHCF(Nickel Hexacycnoferrate)를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류와 압력 응답 그래프이다.7 (a) is an electro-osmotic pump implemented as an electrode drop-coated with iron (III) hexacyanoferrate (PB, Prussian Blue) on a Ti plate according to an embodiment of the present invention, 2.5 V is applied to both ends of the electrode It is a graph of the current and pressure response when changed by 10 sec., and (b) of FIG. 7 is an electroosmotic pump implemented as an electrode in which NiHCF (Nickel Hexacycnoferrate) is drop-coated on a Ti plate. 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 sec. It is a graph of the current and pressure response when it is changed.

도 7을 참조하면 다양한 전극 물질을 비투과성 기저물질에 코팅하여 성능을 확인하기 위해 금속 헥사시아노페레이트의 한 계열인 철(III) 헥사시아노페레이트(PB)와 NiHCF를 Ti 플레이트에 드롭코팅하여 전극을 제작하였다. 전극의 성능을 확인하기위해 전기삼투 펌프에 적용하여 성능을 확인하였다(도7, 표6). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM CH₃COOK 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 7 , iron (III) hexacyanoferrate (PB) and NiHCF, which are a series of metal hexacyanoferrates, are dropped on a Ti plate to check performance by coating various electrode materials on an impermeable base material. The electrode was prepared by coating. To check the performance of the electrode, it was applied to the electroosmotic pump to confirm the performance (Fig. 7, Table 6). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM CH₃COOK pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표 6. Ti 플레이트에 PB(철(III) 헥사시아노페레이트)와 NiHCF(nickel hexacyanoferrate)를 각각 드롭코팅 하였을 때의 전기삼투펌프의 성능Table 6. Performance of the electroosmotic pump when PB (iron (III) hexacyanoferrate) and NiHCF (nickel hexacyanoferrate) were drop-coated on Ti plate, respectively

표 6을 참조하면, Ti 플레이트위에 코팅된 철(III) 헥사시아노페레이트와 NiHCF가 전극 물질로 기능함을 확인하였다. 즉, 코팅 가능한 전극 물질이 제한적인 다공성 기저물질(ex. 탄소 종이 전극)과 비교하여 비투과성 판형 금속 기저물질에 다양한 전극 물질을 코팅함으로써 기저물질 위에서 전극 물질 종류에 따른 기능이 구현된다는 것을 다시 한번 확인했다.Referring to Table 6, it was confirmed that iron (III) hexacyanoferrate and NiHCF coated on the Ti plate function as electrode materials. That is, once again, the function according to the type of the electrode material is realized on the base material by coating various electrode materials on the non-permeable plate-shaped metal base material compared to the porous base material (ex. carbon paper electrode) where the coatable electrode material is limited. Confirmed.

(예 8) IrOx 기반 비투과성 전극 (Example 8) IrOx-based impermeable electrode

도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 분사법으로 IrOx을 코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 8의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.8 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented with an electrode coated with IrOx by spraying on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. , Figure 8 (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 8을 참조하면, 다양한 코팅 방법을 이용해 비투과성 판형 금속 기저물질에 전극 물질을 코팅할 수 있다. 분사법을 이용하여 전극 물질을 코팅한 비투과성 전극의 일 예로 IrOx 기반 비투과성 전극을 활용하였다. Ti 기판 위에 IrCl₃와 미량의 TaCl₃를 분사 후 열분해법을 이용하여 IrOx를 생성하였고 기판 가운데에 작은 유체 이동 통로를 뚫어주었다. 전극의 성능을 확인하기위해 전기삼투펌프에 적용하여 성능을 확인하였다(도8, 표7). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.1 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 8 , the electrode material may be coated on the non-permeable plate-shaped metal base material using various coating methods. An IrOx-based impermeable electrode was used as an example of an impermeable electrode coated with an electrode material by using a spraying method. After spraying IrCl₃ and a small amount of TaCl₃ on the Ti substrate, IrOx was generated by thermal decomposition, and a small fluid passageway was drilled in the middle of the substrate. To check the performance of the electrode, it was applied to the electroosmotic pump to confirm the performance (Fig. 8, Table 7). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous operation in 0.1 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표 7. IrOx 기반 비투과성 전극을 이용한 전기삼투펌프의 성능Table 7. Performance of Electroosmotic Pump Using IrOx-Based Impermeable Electrodes

표 7을 참조하면, 분사법을 이용한 코팅 방법으로 제작된 전극도 전기삼투펌프에서 좋은 성능을 보임을 확인하였다. 즉, 다양한 방법의 코팅으로 만들어진 전극이 전기삼투펌프에 적용 가능함을 확인하였다. 또한 Ti 플레이트 위에 코팅된 IrOx가 전극 물질로서 기능함을 확인하였다.Referring to Table 7, it was confirmed that the electrode manufactured by the coating method using the spraying method also showed good performance in the electroosmotic pump. That is, it was confirmed that electrodes made of various coating methods can be applied to the electroosmotic pump. In addition, it was confirmed that IrOx coated on the Ti plate functions as an electrode material.

(예 9) 전착 방법을 이용한 RuOx 기반 비투과성 전극의 활용(Example 9) Utilization of RuOx-based impermeable electrode using electrodeposition method

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 전착한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 9 의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 9 (a) is a current response graph when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is electrodeposited on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 9를 참조하면, 비투과성 전극 위에도 전착하여 전극을 제작하고 이를 전기삼투펌프에 적용 가능하다. 일 예로 RuOx를 Ti 플레이트에 전착하여 전극을 제작하여 전기삼투펌프의 성능을 확인하였다(도9, 표8). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 9 , the electrode is produced by electrodeposition on the non-permeable electrode, and this can be applied to the electroosmotic pump. As an example, the performance of the electroosmotic pump was confirmed by electrodepositing RuOx on a Ti plate to fabricate an electrode (Fig. 9, Table 8). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표 8. Ti 플레이트에 RuOx를 전착하였을 때 전기삼투펌프의 성능Table 8. Electroosmotic pump performance when RuOx is electrodeposited on Ti plate

표 8을 참조하면, 전착을 이용하여 제작된 비투과성 전극이 전기삼투펌프에 적용될 수 있음을 확인하였다. 즉, 다양한 코팅 방법을 전기삼투펌프의 전극 제작에 활용할 수 있음을 확인하였다.Referring to Table 8, it was confirmed that the non-permeable electrode manufactured using electrodeposition can be applied to the electroosmotic pump. That is, it was confirmed that various coating methods can be used to manufacture the electrodes of the electroosmotic pump.

(예 10) 비투과성전극에 뚫린 공간의 모양, 크기에 따른 전기삼투펌프의 성능 (Example 10) Performance of the electroosmotic pump according to the shape and size of the space opened in the non-permeable electrode

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가로 4 mm, 세로 8 mm의 유체 이동 통로를 뚫은 Ti 플레이트 전극 기판을 도시한 도면이다.FIG. 10 is a view showing a Ti plate electrode substrate having a fluid passage of 4 mm in width and 8 mm in length according to an embodiment of the present invention.

도 11의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 큰 유체 이동 통로를 뚫고 RuOx를 전착한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 11의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 11 (a) shows the current when 2.5 V is applied to both ends of the electrode for 10 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is electrodeposited through a large fluid passage in the Ti plate according to an embodiment of the present invention. It is a response graph, and (b) of FIG. 11 is a pressure response graph under the same conditions.

도 10을 참조하면, 앞서 (예 4) 비투과성전극의 유체 이동 통로 수에 따른 전기삼투펌프 성능을 비교해보았다. 1 mm의 작은 유체 이동 통로의 수를 늘려 유로를 확보하는 방법뿐만 아니라 큰 유체 이동 통로 하나만을 가지는 전극을 제작해보았다. 일 예로 전극의 성능 확인을 위하여 가로 6 mm, 세로 15 mm 크기의 Ti 플레이트에 가로 4 mm, 세로 8 mm의 유체 이동 통로를 뚫은 후 RuOx를 전착시켜 주었다(도10).Referring to FIG. 10, the electroosmotic pump performance was compared according to the number of fluid passageways of the non-permeable electrode (Example 4). In addition to securing the flow path by increasing the number of small fluid flow paths of 1 mm, an electrode having only one large fluid flow path was fabricated. For example, in order to check the performance of the electrode, a 4 mm horizontal and 8 mm vertical fluid passage was drilled in a Ti plate having a width of 6 mm and a length of 15 mm, and then RuOx was electrodeposited (FIG. 10).

도 11을 참조하면, 앞서 만든 전극을 전기삼투펌프에 적용하여 성능을 확인하였다(도11, 표9). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였다.Referring to FIG. 11, the performance was confirmed by applying the electrode prepared above to the electroosmotic pump (FIG. 11, Table 9). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in FIG. 2, the porous silica membrane had a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a size of 10 mm.

표 9. 큰 유체 이동 통로 하나를 가지는 비투과성전극을 적용한 전기삼투펌프의 성능Table 9. Performance of an electroosmotic pump with an impermeable electrode with one large fluid passageway

표 9를 참조하면, 가로 4 mm, 세로 8mm의 큰 유체 이동 통로를 뚫은 전극은 기존 1 mm 유체 이동 통로가 있는 전극이 가지는 성능의 반 정도의 작은 유속과 압력을 가지지만 전기삼투펌프로서 기능이 구현되는 것을 확인하였다. 비투과성 기저물질에 유체 이동 통로를 뚫어 전극으로 사용할 때 크고, 작은 것에 따라 성능의 차이는 있으나 (실제로는 사용되는 전극 면적에 따른 것임) 그 크기와 상관없이 전극으로써 기능을 하면서 유로 확보가 가능한 것을 확인하였다.Referring to Table 9, the electrode with a 4 mm horizontal and 8 mm vertical fluid passage has a small flow rate and pressure about half of the performance of an electrode with a conventional 1 mm fluid passage, but it does not function as an electroosmotic pump. Implementation was confirmed. When using as an electrode by drilling a fluid passage in an impermeable base material, there is a difference in performance depending on the size of the large and small ones (actually it depends on the electrode area used), but regardless of its size, it is possible to secure a flow path while functioning as an electrode Confirmed.

(예 11) 다양한 판형 기저물질을 이용한 전극의 성능(Example 11) Performance of electrodes using various plate-shaped base materials

도 12의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 12의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.Figure 12 (a) is a graph of the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode by 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. Figure 12(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 13의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ni 플레이트에 RuOx를 드롭코팅한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 30 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 13의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.13 (a) is a graph of the current response when 2.5 V is applied to both ends of the electrode by 30 seconds in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop-coated on a Ni plate according to an embodiment of the present invention. 13(b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 12 및 도13를 참조하면, 다양한 종류의 금속 판형 기저물질을 이용하여 전극을 만들어 전기삼투펌프에 적용하였다. 일 예로 Ti은은 뛰어난 내식성으로 매우 안정한 물질이다. 따라서 원하는 반응만 살펴보기 쉽기 때문에 전기삼투펌프의 기저물질로 사용해 보았고 또 다른 금속 기저물질인 nickel 플레이트를 이용하여 전극을 만들었다. 다양한 금속 기저물질로 제작한 전극을 전기삼투펌프에 적용하여 성능을 확인하였다(도12, 11, 표9). 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 30 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.12 and 13, electrodes were made using various types of metal plate-shaped base materials and applied to the electroosmotic pump. For example, Ti silver is a very stable material with excellent corrosion resistance. Therefore, it is easy to observe only the desired reaction, so it was used as a base material for an electroosmotic pump, and an electrode was made using another metal base material, nickel plate. Electrodes made of various metal base materials were applied to the electroosmotic pump to confirm the performance (Figs. 12, 11, Table 9). The driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 30 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표 10. 다양한 금속 기저물질에 RuOx를 드롭코팅 하였을 때 전기삼투펌프의 성능Table 10. Performance of electroosmotic pumps when drop-coated RuOx on various metal base materials

표 10을 참조하면, Ti 플레이트와 Ni 플레이트 모두 전기삼투펌프에서 유체가 흐를 수 있는 전극의 형태임을 확인했다. 다양한 비투과성 판형 금속 기저물질을 활용하여 전극을 제작하고 전기삼투펌프에 적용 가능함을 확인하였다. 즉, 도체를 기저물질로 사용하여 전극물질을 코팅하면 동일하게 전기삼투펌프의 구성이 가능함을 확인할 수 있었다.Referring to Table 10, it was confirmed that both the Ti plate and the Ni plate were in the form of electrodes through which a fluid could flow in the electroosmotic pump. Electrodes were fabricated using various impermeable plate-shaped metal base materials, and it was confirmed that they can be applied to electroosmotic pumps. In other words, it was confirmed that the electroosmotic pump could be configured in the same way by coating the electrode material using the conductor as the base material.

(예 12) 열압착법을 이용한 전극 (Example 12) Electrode using thermocompression bonding method

도 14의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트 위에 RuOx를 드롭코팅한 열압착하지 않은 전극이고, 도 14의 (b)는 Ti 플레이트 위에 RuOx을 드롭코팅한 후 열압착기를 이용하여 열압착한 전극을 도시한 것이다.Figure 14 (a) is a non-thermocompression-bonded electrode in which RuOx is drop-coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention. Thus, the thermocompression-bonded electrode is shown.

도 14를 참조하면, 기존에 사용하던 다공성 전극과 비교하여 플레이트 형태의 전극은 단단한 형태이기 때문에 외부 자극에 쉽게 변형되지 않는다. 따라서 고온, 고압으로 전극 표면을 매끄럽게 만들어 줄 수 있는 열압착법을 전극 제작 방식에 도입하였다. 일 예로 Ti 플레이트 위에 RuOx를 드롭코팅하여 전극을 제작한 후 압력 20 MPa, 온도 100 ℃, 10분동안 열압착을 하여 전극의 변형 정도를 확인하였다.Referring to FIG. 14 , as compared to a conventional porous electrode, the plate-shaped electrode is not easily deformed by external stimuli because it has a rigid shape. Therefore, a thermocompression bonding method that can make the electrode surface smooth at high temperature and high pressure was introduced into the electrode manufacturing method. For example, an electrode was prepared by drop-coating RuOx on a Ti plate, followed by thermocompression bonding at a pressure of 20 MPa and a temperature of 100° C. for 10 minutes to check the degree of deformation of the electrode.

고온, 고압의 외부 자극에도 기존의 전극 기판 형태를 유지하면서 전극 물질 표면을 매끄럽게 만들어 줄 수 있음을 확인하였다. 열압착기를 이용하여 제작한 전극의 성능을 확인하기위해 전기삼투펌프에 적용하였다(도14, 표10).It was confirmed that the surface of the electrode material can be made smooth while maintaining the shape of the electrode substrate despite external stimulation of high temperature and high pressure. It was applied to an electroosmotic pump to confirm the performance of the electrode fabricated using a thermocompressor (Fig. 14, Table 10).

도 15의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 Ti 플레이트에 RuOx 를 드롭코팅 후 열압착한 전극으로 구현한 전기삼투펌프에서 2.5 V를 전극 양단에 10 초씩 바꾸어 걸어주었을 때의 전류응답 그래프이고, 도 15의 (b)는 동일한 조건에서 압력응답 그래프이다.15 (a) is a graph of the current response when changing 2.5 V to both ends of the electrode for 10 seconds each in an electroosmotic pump implemented as an electrode in which RuOx is drop coated on a Ti plate according to an embodiment of the present invention and then thermocompressed. and FIG. 15 (b) is a pressure response graph under the same conditions.

도 15를 참조하면 구동 조건은 +2.5 V, -2.5 V, 각 10 sec 펄스 시간, 연속 구동으로 0.5 mM Li₂SO₄ 펌핑용액에서 구동하였다. 실험을 위한 전기삼투펌프를 구성할 때 도2와 같이 다공성 실리카 멤브레인은 두께 2 mm, 가로 6 mm, 세로 10 mm 크기를 사용하였고, 전극 겸 기판은 가로 6 mm, 세로 15 mm의 Ti 플레이트를 사용하였다.Referring to FIG. 15 , the driving conditions were +2.5 V, -2.5 V, each 10 sec pulse time, and continuous driving in 0.5 mM Li₂SO₄ pumping solution. When constructing the electroosmotic pump for the experiment, as shown in Figure 2, the porous silica membrane used a thickness of 2 mm, a width of 6 mm, and a length of 10 mm, and a Ti plate with a width of 6 mm and a length of 15 mm was used for the electrode and substrate. did

표 11. RuOx를 드롭코팅 한 후 열압착한 전극을 사용한 전기삼투펌프의 성능Table 11. Performance of electroosmotic pump using thermocompression-bonded electrode after drop coating with RuOx

표 11을 참조하면, 비투과성 기저물질 전극에 강한 외부 자극을 주어도 기존의 성능을 나타냄을 확인하였다. 또한 전극의 표면 처리 방법 중 하나인 열압착법을 전극 제작 방법에 도입할 수 있음을 확인하였다. 따라서 비투과성 판형 기저물질을 사용한 전극에 다양한 방법의 외부 처리를 한 후 전기삼투펌프에 적용 가능함을 확인하였다.Referring to Table 11, it was confirmed that the non-permeable base material electrode exhibited the existing performance even when a strong external stimulus was applied. In addition, it was confirmed that the thermocompression bonding method, which is one of the surface treatment methods of the electrode, can be introduced into the electrode manufacturing method. Therefore, it was confirmed that the electrode using the non-permeable plate-shaped base material can be applied to the electroosmotic pump after external treatment of various methods.

이하, 상술한 도 2a 내지 도15에 도시된 구성 중 동일한 기능을 수행하는 구성의 경우 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, a description of a configuration performing the same function among the configurations shown in FIGS. 2A to 15 will be omitted.

도 16a 및 도 16b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.16A and 16B are flowcharts for explaining a method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법은 비투과성 기저물질(non-porous substrate material)로 이루어진 판상형 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계(S110) 및 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계(S120)를 포함한다.A method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention comprises the steps of forming one or more fluid passageways in a plate-shaped substrate made of a non-porous substrate material (S110) and and coating the electrode material on the substrate (S120).

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법은 비투과성 기저물질(non-porous substrate material)로 이루어진 판상형 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계(S210) 및 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계(S220)를 포함한다.A method of manufacturing an electrode constituting an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention comprises the steps of coating an electrode material on a plate-shaped substrate made of a non-porous substrate material (S210), and one or more on the substrate It includes the step (S220) of forming the above fluid passage.

전기삼투펌프는 유체의 이동을 허용하는 멤브레인(11) 및 멤브레인(11)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)을 포함하되, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)은 S110단계와 S120단계 또는 S210단계와 S220단계를 포함한 방법에 의해 제조된 전극이고, 제1 전극(130) 및 제2 전극(150)의 전기화학 반응에 의해, 전극(130, 150)의 유체 이동 통로를 통해 유체가 이동할 수 있다.The electroosmotic pump includes amembrane 11 and afirst electrode 130 and asecond electrode 150 provided on both sides of themembrane 11, respectively, for allowing the movement of a fluid, thefirst electrode 130 and the second Theelectrode 150 is an electrode manufactured by a method including steps S110 and S120 or steps S210 and S220, and by the electrochemical reaction of thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150, theelectrode 130, 150), the fluid may move through the fluid passage.

코팅하는 단계(S110, S210)는 드롭코팅(drop-coating), 딥코팅(dip-coating), 스핀코팅(spin-coating), 스프레이코팅, 프린팅, 열분해 및 전착 중 적어도 하나의 방법에 의해, 전극 물질을 코팅할 수 있다.The coating step (S110, S210) is drop-coating, dip-coating, spin-coating, spray coating, printing, pyrolysis and electrodeposition by at least one method of electrodeposition. The material may be coated.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌핑 시스템의 동작 방법을 설명하기 위한 순서도이다.17 is a flowchart illustrating an operating method of a fluid pumping system according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 펌핑 시스템의 동작 방법은 유체펌펑 시스템(40) 중 전기삼투펌프(230)의 제 1 전극(130) 및 제 2 전극(150)에 전압을 공급하는 단계(S310), 전기삼투펌프(230)의 구동에 따라, 유체 펌핑 시스템(40)의 제1 격리재(210)의 적어도 일부가 전진 및 후진 이동하여 제1 격리재(210)의 일측에 구비된 이송 챔버(240)로 이송대상유체를 흡입 및 토출시키는 단계(S320), 유체 펌핑 시스템(40)의 제2 격리재(220)의 일측에 구비된 모니터링 챔버(250)의 압력 변화를 모니터링하는 단계(S330) 및 일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로 전기삼투펌프(230)의 이상을 검출하는 단계(S340)를 포함한다.The method of operating a fluid pumping system according to another embodiment of the present invention comprises the steps of supplying a voltage to thefirst electrode 130 and thesecond electrode 150 of theelectroosmotic pump 230 of the fluid pumping system 40 (S310). ), at least a portion of the first insulatingmaterial 210 of thefluid pumping system 40 moves forward and backward according to the driving of theelectroosmotic pump 230 , and a transfer chamber provided on one side of the first insulatingmaterial 210 . Sucking and discharging the fluid to be transferred to 240 (S320), monitoring the pressure change of themonitoring chamber 250 provided on one side of the second insulatingmaterial 220 of the fluid pumping system 40 (S330) ) and detecting an abnormality of theelectroosmotic pump 230 based on a change pattern of the pressure value measured for a predetermined time and an average value of the pressure value measured for a predetermined time (S340).

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and likewise components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

Claims (26)

1. 전기삼투펌프에 있어서,In the electroosmotic pump,

   유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및a membrane that allows the movement of fluid; and

   상기 멤브레인의 양측에 각각 마련된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되,Comprising a first electrode and a second electrode respectively provided on both sides of the membrane,

   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 비투과성 기저물질(non-porous substrate material)과 그 위에 코팅된 전극 물질로 이루어진 전극으로서, 적어도 하나 이상의 유체 이동 통로가 형성된 것이고,The first electrode and the second electrode are electrodes made of a non-porous substrate material and an electrode material coated thereon, and at least one fluid passage is formed thereon;

   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 전기화학 반응에 의해, 상기 유체 이동 통로를 통해 유체가 이동하는 것인, 전기삼투펌프.By the electrochemical reaction of the first electrode and the second electrode, the fluid will move through the fluid passageway, the electroosmotic pump.
2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 비투과성 기저물질은 전도성 물질, 반도체 물질 및 비전도성 물질 중 적어도 하나로 구성된 플레이트, 포일 및 필름인 것이되,The non-permeable base material is a plate, foil, and film composed of at least one of a conductive material, a semiconductor material, and a non-conductive material,

   상기 전도성 물질은 니켈, 구리, 은, 티타늄 및 알루미늄을 포함하고,The conductive material includes nickel, copper, silver, titanium and aluminum,

   상기 반도체 물질은 실리콘을 포함하고,The semiconductor material comprises silicon,

   상기 비전도성 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVDF, PVDC 및 폴리이미드를 포함하는 것인, 전기삼투펌프.The non-conductive material will include polyethylene, polypropylene, PVDF, PVDC and polyimide.
3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 전극 물질은 금속, 금속 산화물(metal oxide), 전도성 고분자(conducting polymer), 금속 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate), 탄소 나노 구조체, 또는 이들의 복합체(composite)로 구성된 것이되,The electrode material is composed of a metal, a metal oxide, a conductive polymer, a metal hexacyanoferrate, a carbon nanostructure, or a composite thereof,

   상기 금속은 은, 아연, 납, 망간, 구리, 주석, 루테늄, 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal is to include at least one of silver, zinc, lead, manganese, copper, tin, ruthenium, and iridium,

   상기 금속 산화물은 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO₃), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO₃), 루테늄 옥사이드, 이리듐 옥사이드, 망간옥사이드, 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO₂), 및 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal oxide includes vanadium oxide, molybdenum oxide (MoO₃), tungsten oxide (WO₃), ruthenium oxide, iridium oxide, manganese oxide, cerium oxide (CeO₂), and polyoxometalate (polyoxometalate). ) to include at least one of

   상기 전도성 고분자는 폴리아닐린, 폴리아닐린의 유도체, 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 퀴논폴리머(quinone polymer), 퀴논폴리머의 유도체, 및 폴리타이오닌(polythionine) 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The conductive polymer includes polyaniline, polyaniline derivatives, polythiophene, polythiophene derivatives, polypyrrole, polypyrrole derivatives, quinone polymers, quinone polymer derivatives, And it will include at least one of polythionine (polythionine),

   상기 금속 헥사시아노페레이트는 프러시안 블루(prussian blue, FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), 및 CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) NiHCF(nickel hexacyanoferrate), 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal hexacyanoferrate is to include at least one of Prussian blue, iron hexacyanoferrate (FeHCF), copper hexacyanoferrate (CuHCF), and cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) nickel hexacyanoferrate (NiHCF),

   상기 탄소 나노 구조체는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle), 풀러렌(fullerene) 및 흑연(graphite) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 전기삼투펌프.The carbon nanostructure includes at least one of carbon nanotube (CNT), graphene, carbon nanoparticles, fullerene, and graphite (graphite), the electroosmotic pump .
4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 전극 물질은 다수의 층으로 적층된 구조로 형성된 것인, 전기삼투펌프.The electrode material will be formed in a structure stacked with a plurality of layers, the electroosmotic pump.
5. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 전극 물질은 드롭코팅(drop-coating), 딥코팅(dip-coating), 스핀코팅(spin-coating), 스프레이코팅, 프린팅, 열분해 및 전착 중 적어도 하나의 방법에 의해, 상기 비투과성 기저물질 상에 코팅되는 것인, 전기삼투펌프.The electrode material is deposited on the impermeable base material by at least one method of drop-coating, dip-coating, spin-coating, spray coating, printing, pyrolysis and electrodeposition. To be coated on, the electro-osmotic pump.
6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 제1 전극 또는 제2 전극은 열압착 또는 데칼전사 방법에 의해, 상기 전극 물질의 표면이 매끄럽게 처리된 것인, 전기삼투펌프.The first electrode or the second electrode is by thermocompression bonding or decal transfer method, the surface of the electrode material will be treated smoothly, the electroosmotic pump.
7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 제1 전극 또는 제2 전극은 상기 전극의 전체 면적 대비 상기 유체 이동 통로의 면적 비율이 0% 초과 50% 이하로 형성된 것인, 전기삼투펌프.In the first electrode or the second electrode, the ratio of the area of the fluid passage to the total area of the electrode is formed to be greater than 0% and less than or equal to 50%, the electroosmotic pump.
8. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 제 1 전극 및 제 2 전극의 양측에서 지지하되, 유로가 형성된 프레임을 더 포함하는 것인, 전기삼투펌프.Supported on both sides of the first electrode and the second electrode, the electroosmotic pump further comprising a frame in which a flow path is formed.
9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

   상기 제 1 전극 및 제 2 전극에 전압을 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 것인, 전기삼투펌프.The electro-osmotic pump further comprising a power supply for supplying a voltage to the first electrode and the second electrode.
10. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,

    상기 제 1 전극 및 제 2 전극 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써 정방향 및 역방향의 상기 전기화학 반응이 반복해서 일어나도록 하여, 상기 유체의 반복적인 왕복 이동에 의해 펌핑력을 발생시키는 것인, 전기삼투펌프.By alternately supplying the polarity of a voltage to each of the first electrode and the second electrode, the electrochemical reaction in the forward and reverse directions occurs repeatedly, thereby generating a pumping force by the repeated reciprocating movement of the fluid, electroosmotic pump.
11. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10,

    반복적인 정방향 및 역방향의 상기 전기화학 반응에 의해, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극 각각은 소모 및 재생이 반복되는 것인, 전기삼투펌프.By the repeated electrochemical reaction in the forward and reverse directions, each of the first electrode and the second electrode is consumed and regenerated is repeated, the electroosmotic pump.
12. 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the electrode constituting the electroosmotic pump,

    비투과성 기저물질(non-porous substrate material)로 이루어진 판상형 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계 및forming one or more fluid passageways in a plate-like substrate made of a non-porous substrate material; and

    상기 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.A method of manufacturing an electrode comprising the step of coating an electrode material on the substrate.
13. 전기삼투펌프를 구성하는 전극의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the electrode constituting the electroosmotic pump,

    비투과성 기저물질(non-porous substrate material)로 이루어진 판상형 기재에 전극 물질을 코팅하는 단계 및coating an electrode material on a plate-shaped substrate made of a non-porous substrate material; and

    상기 기재에 하나 또는 그 이상의 유체 이동 통로를 형성하는 단계를 포함하는 전극의 제조 방법.and forming one or more fluid passageways in the substrate.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,14. The method according to claim 12 or 13,

    상기 전기삼투펌프는The electroosmotic pump is

    유체의 이동을 허용하는 멤브레인; 및a membrane that allows the movement of fluid; and

    상기 멤브레인의 양측에 각각 마련된 제1 전극 및 제2 전극을 포함하되,Comprising a first electrode and a second electrode respectively provided on both sides of the membrane,

    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 방법에 의해 제조된 전극이고,The first electrode and the second electrode are electrodes manufactured by the method,

    상기 제1 전극 및 제2 전극의 전기화학 반응에 의해, 상기 전극의 유체 이동 통로를 통해 유체가 이동하는 것인, 전극의 제조방법.By the electrochemical reaction of the first electrode and the second electrode, the fluid is moved through the fluid passage of the electrode, the method of manufacturing an electrode.
15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,14. The method according to claim 12 or 13,

    상기 전극 물질은 금속, 금속 산화물(metal oxide), 전도성 고분자(conducting polymer), 금속 헥사시아노페레이트(metal hexacyanoferrate), 탄소 나노 구조체, 또는 이들의 복합체(composite)로 구성된 것이되,The electrode material is composed of a metal, a metal oxide, a conductive polymer, a metal hexacyanoferrate, a carbon nanostructure, or a composite thereof,

    상기 금속은 은, 아연, 납, 망간, 구리, 주석, 루테늄, 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal is to include at least one of silver, zinc, lead, manganese, copper, tin, ruthenium, and iridium,

    상기 금속 산화물은 바나듐 옥사이드, 몰리브덴 옥사이드(molybdenum oxide; MoO₃), 텅스텐 옥사이드(tungsten oxide; WO₃), 루테늄 옥사이드, 이리듐 옥사이드, 망간옥사이드, 세륨옥사이드(cerium oxide; CeO₂), 및 폴리옥소메탈레이트(polyoxometalate) 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal oxide includes vanadium oxide, molybdenum oxide (MoO₃), tungsten oxide (WO₃), ruthenium oxide, iridium oxide, manganese oxide, cerium oxide (CeO₂), and polyoxometalate (polyoxometalate). ) to include at least one of

    상기 전도성고분자는 폴리아닐린, 폴리아닐린의 유도체, 폴리치오펜(polythiophene), 폴리치오펜(polythiophene)의 유도체, 폴리피롤(polypyrrole), 폴리피롤(polypyrrole)의 유도체, 퀴논폴리머(quinone polymer), 퀴논폴리머의 유도체, 및 폴리타이오닌(polythionine) 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The conductive polymer includes polyaniline, polyaniline derivatives, polythiophene, polythiophene derivatives, polypyrrole, polypyrrole derivatives, quinone polymers, quinone polymer derivatives, And it will include at least one of polythionine (polythionine),

    상기 금속 헥사시아노페레이트는 프러시안 블루(prussian blue, FeHCF(iron hexacyanoferrate), CuHCF(copper hexacyanoferrate), 및 CoHCF(cobalt hexacyanoferrate) NiHCF(nickel hexacyanoferrate), 중 적어도 하나를 포함하는 것이고,The metal hexacyanoferrate is to include at least one of Prussian blue, iron hexacyanoferrate (FeHCF), copper hexacyanoferrate (CuHCF), and cobalt hexacyanoferrate (CoHCF) nickel hexacyanoferrate (NiHCF),

    상기 탄소 나노 구조체는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle), 풀러렌(fullerene) 및 흑연(graphite) 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 전극의 제조방법.The carbon nanostructure includes at least one of carbon nanotube (CNT), graphene, carbon nanoparticles, fullerene and graphite Way.
16. 제 12 항 또는 13 항에 있어서,14. The method according to claim 12 or 13,

    상기 코팅하는 단계는The coating step

    드롭코팅(drop-coating), 딥코팅(dip-coating), 스핀코팅(spin-coating), 스프레이코팅, 프린팅, 열분해 및 전착 중 적어도 하나의 방법에 의해, 상기 전극 물질을 코팅하는 것인, 전극의 제조방법.By at least one method of drop-coating, dip-coating, spin-coating, spray coating, printing, pyrolysis and electrodeposition, the electrode material is coated manufacturing method.
17. 유체 펌핑 시스템에 있어서,A fluid pumping system comprising:

    제1항에 따른 전기삼투펌프;The electro-osmotic pump according to claim 1;

    상기 전기삼투펌프의 일측에 구비되어 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제1 격리재;a first insulating material provided on one side of the electro-osmotic pump, the shape of which is deformed as positive pressure and negative pressure are alternately generated;

    상기 제1 격리재의 일측에 구비되어, 상기 제1 격리재의 변형에 대응하여 이송대상유체를 흡입 및 토출하는 이송 챔버; 및a transfer chamber provided on one side of the first isolation material to suck and discharge the transfer target fluid in response to the deformation of the first isolation material; and

    상기 전기삼투펌프의 타측에 구비되어, 상기 양압과 음압이 교번하여 발생됨에 따라 형상이 변형되는 제2 격리재를 포함하는 유체 펌핑 시스템.A fluid pumping system comprising a second insulating material provided on the other side of the electro-osmotic pump, the shape of which is deformed as the positive pressure and the negative pressure are alternately generated.
18. 제 17 항에 있어서,18. The method of claim 17,

    상기 이송 챔버의 일면에는 상기 이송대상유체의 흡입 및 토출이 행해지는 흡입구 및 토출구가 형성되며,A suction port and a discharge port through which suction and discharge of the transfer target fluid are performed are formed on one surface of the transfer chamber,

    상기 흡입구 및 토출구 각각에는 상기 이송대상유체의 흐름을 허용하거나 차단하는 흡입밸브 및 토출밸브가 체결되는 것인, 유체 펌핑 시스템.A suction valve and a discharge valve for allowing or blocking the flow of the fluid to be transferred are fastened to each of the inlet and outlet, the fluid pumping system.
19. 제 18 항에 있어서,19. The method of claim 18,

    상기 흡입밸브는 상기 양압 발생 시에 폐쇄되고, 상기 음압 발생 시에 개방되며,The suction valve is closed when the positive pressure is generated, and is opened when the negative pressure is generated,

    상기 토출밸브는 상기 양압 발생 시에 개방되고, 상기 음압 발생 시에 폐쇄되는 것인, 유체 펌핑 시스템.The discharge valve is opened when the positive pressure is generated and is closed when the negative pressure is generated.
20. 제 17 항에 있어서,18. The method of claim 17,

    상기 이송대상유체가 저장된 레저버(reservoir);a reservoir in which the transfer target fluid is stored;

    상기 레저버에서 토출된 상기 이송대상유체가 상기 이송 챔버로 흡입되는 유체이송로인 흡입로 및a suction path that is a fluid transport path through which the fluid to be transported discharged from the reservoir is sucked into the transport chamber; and

    상기 이송 챔버에서 토출된 상기 이송대상유체의 유체이송로인 토출로를 더 포함하는 것인, 유체 펌핑 시스템.The fluid pumping system further comprising a discharge path that is a fluid transport path of the fluid to be transported discharged from the transport chamber.
21. 제 17 항에 있어서,18. The method of claim 17,

    상기 제2 격리재의 일측에 구비되어, 상기 제2 격리재의 변형에 대응하여 압력이 변화하는 모니터링 챔버; 및a monitoring chamber provided on one side of the second insulating material, the pressure of which changes in response to the deformation of the second insulating material; and

    상기 모니터링 챔버의 압력 변화를 측정하는 압력측정부를 더 포함하는, 유체 펌핑 시스템.The fluid pumping system, further comprising a pressure measuring unit for measuring the pressure change in the monitoring chamber.
22. 제 21 항에 있어서,22. The method of claim 21,

    상기 압력측정부는The pressure measuring unit

    상기 모니터링 챔버 내부에 구비되어, 상기 제2 격리재가 변형됨에 따른 상기 모니터링 챔버의 압력 변화를 검출하는 압력센서를 포함하는 것인, 유체 펌핑 시스템.The fluid pumping system comprising a pressure sensor provided inside the monitoring chamber to detect a pressure change in the monitoring chamber as the second insulating material is deformed.
23. 제 21 항에 있어서,22. The method of claim 21,

    상기 압력측정부에서 측정된 압력값을 모니터링하여 상기 전기삼투펌프의 이상을 검출하는 제어 회로를 더 포함하는 것인, 유체 펌핑 시스템.By monitoring the pressure value measured by the pressure measurement unit, the fluid pumping system further comprising a control circuit for detecting an abnormality in the electro-osmotic pump.
24. 유체 펌핑 시스템의 동작 방법에 있어서,A method of operating a fluid pumping system, comprising:

    (a) 제17항에 따른 유체 펌펑 시스템 중 전기삼투펌프의 제 1 전극 및 제 2 전극에 전압을 공급하는 단계; 및(a) supplying a voltage to the first electrode and the second electrode of the electroosmotic pump of the fluid pumping system according to claim 17; and

    (b) 상기 전기삼투펌프의 구동에 따라, 상기 유체 펌핑 시스템의 제1 격리재의 적어도 일부가 전진 및 후진 이동하여 상기 제1 격리재의 일측에 구비된 이송 챔버로 이송대상유체를 흡입 및 토출시키는 단계를 포함하는 유체 펌핑 시스템의 동작 방법.(b) according to the driving of the electroosmotic pump, at least a part of the first insulating material of the fluid pumping system moves forward and backward to suck and discharge the fluid to be transferred into a transfer chamber provided at one side of the first insulating material A method of operating a fluid pumping system comprising a.
25. 제 24항에 있어서,25. The method of claim 24,

    (c)상기 유체 펌핑 시스템의 제2 격리재의 일측에 구비된 모니터링 챔버의 압력 변화를 모니터링하는 단계를 더 포함하는, 유체 펌핑 시스템의 동작 방법.(c) monitoring a pressure change of a monitoring chamber provided on one side of the second insulating material of the fluid pumping system;
26. 제 25 항에 있어서,26. The method of claim 25,

    (d) 일정 시간 동안 측정된 압력값의 변화 패턴 및 상기 일정 시간 동안 측정된 압력값의 평균값을 기초로 상기 전기삼투펌프의 이상을 검출하는 단계를 더 포함하는, 유체 펌핑 시스템의 동작 방법.(d) further comprising the step of detecting an abnormality of the electroosmotic pump based on a change pattern of the pressure value measured for a predetermined time and an average value of the pressure value measured for the predetermined time, the method of operating a fluid pumping system.

Images